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。 9d659iC /& {A!.; 1. 线栅偏振片的原理 kd(8I_i@ ORw,)l
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 Np9<:GF1 2. 建模任务 s?}e^/"v (k.[GfCbD 7t0=[i 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 ]y'>=a|T 偏振元件的重要特性: b94DJzL1z 偏振对比度 BhGu!Y6f 透射率 G`61~F% 效率一致性 U(g:zae 线格结构的应用(金属) hd<c&7|G' YnAm{YyI 3. 建模任务: `iNSr?N.
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) <{cQM$# 4. 建模任务:仿真参数 ASySiHz hx %v+/ 偏振片#1: mxC;?s;~ 偏振对比度不小于50@193nm波长 /nNN,hz 高透过率(最大化) *)T^ChD, 光栅周期:100nm(根据加工工艺) 2r?G6D| 光栅材料:钨(适用于紫外波段) $a"Oc 偏振片#2: 0&|\N
? 8_ 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 l<LI7Z]A 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 <0&*9ZeD 光栅周期:100nm OKR
"4n: 光栅材料:钨 6ojo :-%Vf )23H1 5. 偏振片特性 [D4SW# <uw9DU7G 偏振对比度:(要求至少50:1) m8hk:4Ae ?mxMk6w
.jE{ 3^ 9IfmW^0 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) /]Md~=yNp &.Qrs:U
oIzj,v8$ qiBVGH 6. 二维光栅结构的建模 @9RM9zK.q 6}Ci>_i4# jcf7n`L 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。 |{NYkw 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 8^+%I/S$ 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 ~-Qw.EdC A[{yCn`tM
u^I|T.w<r6 ZG8DIV\D7 7. 偏振敏感光栅的分析 kv{za4,& oY3;.;'bk 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。 )g%d:xI 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) O-hAFKx 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 LCKV>3+_# 8. 利用参数优化器进行优化 R.1.)P[
\?k'4rH :{l_FY436 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。 z,p~z*4 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 A]oV"`f 在该案例种,提出两个不同的目标: `mJ6K&t$< #1:最佳的优化函数@193nm []1C$.5DD #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 6 V=9M: D'DfJwA 9. 优化@193nm bwMm#f
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U$A]8NZ$S 初始参数: Z=o2H Bm7 光栅高度:80nm z$. 88^ 占空比:40% u `6:5k 参数范围: ?GR"FmB( 光栅高度:50nm—150nm })Vi 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) ndMA-`Ny, 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 7[XRd9a5( >}i E(
U!\.]jfS 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 _)m]_eS._ 通过改变参数的权重,以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 "]Xc`3SM “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 ;[OH(! 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 {cVEmvE8 }WXi$(@v 10. 优化@193nm结果 f6>b|k~ @lr ztM
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2]vZE 优化结果: V {ddr:]4 光栅高度:124.2nm &d^m 1 占空比:31.6% 8'io$6d= Ex透过率:43.1% uz
jU2 偏振度:50.0 "J_9WUN 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求。 M%P:n/j >U27];}y 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性,对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 y _k
l:Ssa 由于在小于300nm波长时材料参数的变化,透射表现出较差的一致性。 <6 Uf.u` 因此,在第二个步中,将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 }00BllJ Txb#C[` 11. 300nm到400nm波长范围的优化 _F|Ek ;y% GH$ pKB [5Mr@f4I 初始参数: 'e'cb>GnA 光栅高度:80nm ope^~+c~\ 占空比:40% 12 gU{VD 参数范围: f?X)k,m 光栅高度:50nm—150nm YO}<Ytx 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) @Qt{jI! 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% ')<hON44EX PIS2Ed]
i5@z< \ 优化结果: >@
. 光栅高度:101.8nm p}U ~+:v 占空比:20.9% {8bSB.?R Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) a~y'RyA 偏振对比度:50.0 B>P{A7Q 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。 &7tbI5na@ \d`h/tHk 12. 结论 U26}gT) }a(dyr`S 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) ?) d~cJ 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 5#E`=C% (如Downhill-Simplex-algorithm) ,/|T-Ka 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。 suDQ~\n
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