1. 线栅偏振片的原理 带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。
2. 建模任务
全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 偏振元件的重要特性: 偏振对比度 透射率 效率一致性 线格结构的应用(金属) 3. 建模任务: x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) 4. 建模任务:仿真参数
偏振片#1: 偏振对比度不小于50@193nm波长 高透过率(最大化) 光栅周期:100nm(根据加工工艺) 光栅材料:钨(适用于紫外波段)偏振片#2: 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 光栅周期:100nm 光栅材料:钨
5. 偏振片特性
偏振对比度:(要求至少50:1)
一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%)
6. 二维光栅结构的建模
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。 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。
7. 偏振敏感光栅的分析
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。 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) 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。8. 利用参数优化器进行优化
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。 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 在该案例种,提出两个不同的目标: #1:最佳的优化函数@193nm #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 9. 优化@193nm
初始参数: 光栅高度:80nm 占空比:40% 参数范围: 光栅高度:50nm—150nm 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。
根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 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。 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 10. 优化@193nm结果
优化结果: 光栅高度:124.2nm 占空比:31.6% Ex透过率:43.1% 偏振度:50.0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。 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。 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。 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。 11. 300nm到400nm波长范围的优化
初始参数: 光栅高度:80nm 占空比:40% 参数范围: 光栅高度:50nm—150nm 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) 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%
优化结果: 光栅高度:101.8nm 占空比:20.9% Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) 偏振对比度:50.0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。
12. 结论
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) 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(如Downhill-Simplex-algorithm) 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。