紫外光栅偏振片的参数优化
该应用案例说明了两个不同紫外光谱偏振片的参数优化,紫外偏振片具有亚波长线栅结构。两个系统具有不同的功能,如193nm工作波长和以及在期望光谱范围内效率的一致性。 1 ;_{US5FR >&$ $(Bp 1. 线栅偏振片的原理 Rf)'HT ."~7 \E> t
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 ExNj|* 2. 建模任务 _ff=B ~bQFk?ZN+ <bEN8b 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 B] A 5n8< 偏振元件的重要特性: $w|o@ Ml) 偏振对比度 [ea6dv4p 透射率 (Wm/$P; 效率一致性 =?meO0]y 线格结构的应用(金属) z1Bj_u{ Gl?P.BCW.& 3. 建模任务: PWf{aHsr
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) p<Zs*
@ 4. 建模任务:仿真参数 B'G*y2UnG "wT~$I" 偏振片#1: IUh5r(d 68 偏振对比度不小于50@193nm波长 3R)cbwL 高透过率(最大化) t 3(%UB 光栅周期:100nm(根据加工工艺) N oX_? 光栅材料:钨(适用于紫外波段) ?;0nJf 偏振片#2: lH#@^i|G 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 Fpj6Atk 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 OoAr% 光栅周期:100nm Nw9-pQ 光栅材料:钨 6MLN>)t MZUF! B
5. 偏振片特性 xm%[}Dt] ]C}u-B746 偏振对比度:(要求至少50:1) !.;xt L `-72>F ;T
,z?<7F1q= *_4n2<W$ 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) xJ[k#?T' aBqe+FXp4
/(hP7_]`2 nLFx/5sL 6. 二维光栅结构的建模 br34Eh ]YisZE4s ooLnJY# 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 877EKvsiC 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 ,6EZb[;g^ 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 PBxK>a WuP([8
M5cOz|j/*R RvyBg:Aj5 7. 偏振敏感光栅的分析 t_dw}I SQ~N X) 可通过“偏振分析器”对偏振敏感光栅进行分析,该工具是VirtualLab光栅工具箱的一部分。 rj2r# {[ 偏振片最重要的几个特性可直接进行选择(如偏振度、透射率和反射率) YA^wUx 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 1c<CEq:?e% 8. 利用参数优化器进行优化 .yK\&q[<
@n~>j&Kp |l6<GWG+ 利用VirtualLab参数优化器可根据给定的评价函数轻松地对结构参数进行优化。 Oi
kU$~| 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 Q
!RVD*( 在该案例种,提出两个不同的目标: Ww'TCWk@ #1:最佳的优化函数@193nm #FQm/Q<0 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 s{"`=dKT YmO"EWb 9. 优化@193nm G)tq/`zNw L5zG0mC8
u'$yYzBE 初始参数: TzevC$m;z 光栅高度:80nm Ry8WNVO}R 占空比:40% (2O} B.6 参数范围: 2vh!pez_ 光栅高度:50nm—150nm BqLtTo ?' 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) @ V7ooo! 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 l$p_])x !ulLGmUn
qOcG|UgF 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 _M"$5
T 通过改变参数的权重,以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 '&pf “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 ,rH)}C<Q+ 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 ^EuyvftZ H4y1Hpa, 10. 优化@193nm结果 F)E7(Un`8 .kB3jfw0,
0'\FrG 优化结果: nIT ^' 光栅高度:124.2nm l|ZzG4]+l 占空比:31.6% pzt Zb Ex透过率:43.1% ](9{}DHV 偏振度:50.0 f1]AfH# 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求。 zNsL^;uT
cT>z 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性,对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 /K1$_ 由于在小于300nm波长时材料参数的变化,透射表现出较差的一致性。 ?) ,xZ1" 因此,在第二个步中,将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 ?2<6#>(7a Gh gvRR$ 11. 300nm到400nm波长范围的优化 *nsnX/e(- c> U{,z #a'x)$2;R| 初始参数: 7>2j=Y_Kp 光栅高度:80nm o.
V0iS] 占空比:40% W
&0@&U 参数范围: &Xl_sDvt 光栅高度:50nm—150nm YW$x: 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) { ck 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外,透射一致性偏差不超过5% LHHDt<+B E?m#S
O 44IH`SI 优化结果: ' ! UF& 光栅高度:101.8nm #`vGg9 占空比:20.9% +{Jf]"KD Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) >e$^#\D 偏振对比度:50.0 h[`Op#^x3 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求,尤其是Ex 偏振光的透射一致性。 <k-@R!K~JC li_pM!dWU_ 12. 结论 m"|(w`n]E+
S9"y@F
< 应用的偏振分析器可以评价偏振光栅与波长和角度的关系。(同样适用于极紫外光谱范围) 3R=3\; VirtualLab参数优化工具箱提供了不同的优化方式,用以改善提高光学元件的性能 WH*=81)zp (如Downhill-Simplex-algorithm) dVmAMQk.g 通过选择合适的评价函数(包括参数权重)可使优化更加合理化,并满足独立的要求。 _@~kYz
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