案例315（3.1）
該應用案例說(shuō)明了兩個(gè)不同紫外光譜偏振片的參數優(yōu)化，紫外偏振片具有亞波長(cháng)線(xiàn)柵結構。兩個(gè)系統具有不同的功能，如193nm工作波長(cháng)和以及在期望光譜范圍內效率的一致性。
1. 線(xiàn)柵偏振片的原理
帶金屬脊的線(xiàn)柵偏振片（如鋁，鉻等）。
2. 建模任務(wù)
全部透射光線(xiàn)的嚴格仿真和結構參數的優(yōu)化。
偏振元件的重要特性：
偏振對比度
透射率
效率一致性
線(xiàn)格結構的應用(金屬)
3. 建模任務(wù)：
x-z方向(截面) x-y方向(俯視圖)
4. 建模任務(wù)：仿真參數
偏振片#1:
偏振對比度不小于50@193nm波長(cháng)
高透過(guò)率(最大化)
光柵周期：100nm(根據加工工藝)
光柵材料：鎢(適用于紫外波段)
偏振片#2:
偏振對比度不小于50@300—400nm波段范圍內
在波長(cháng)范圍內具有5%一致性的高透過(guò)率
光柵周期：100nm
光柵材料：鎢
5. 偏振片特性
偏振對比度：(要求至少50:1)
一致性誤差，如Ex的透射(在要求波長(cháng)范圍內不超過(guò)5%)
6. 二維光柵結構的建模
該案例使用一般二維光柵工具，該工具嵌入在VirtualLab光柵工具箱。
通過(guò)使用該功能可處理不同類(lèi)型的光柵形狀。
通過(guò)一個(gè)矩形光柵結構來(lái)模擬紫外線(xiàn)柵偏振片。
7. 偏振敏感光柵的分析
可通過(guò)“偏振分析器”對偏振敏感光柵進(jìn)行分析，該工具是VirtualLab光柵工具箱的一部分。
偏振片最重要的幾個(gè)特性可直接進(jìn)行選擇(如偏振度、透射率和反射率)
此外，分析器提供了許多選項。如波長(cháng)變化和入射角。
8. 利用參數優(yōu)化器進(jìn)行優(yōu)化
利用VirtualLab參數優(yōu)化器可根據給定的評價(jià)函數輕松地對結構參數進(jìn)行優(yōu)化。
如要求的效率和偏振對比度等，可在優(yōu)化結構參數中找到。
在該案例種，提出兩個(gè)不同的目標：
#1:最佳的優(yōu)化函數@193nm
#2:在300nm至400nm間一致性?xún)?yōu)化函數
9. 優(yōu)化@193nm
初始參數：
光柵高度：80nm
占空比：40%
參數范圍：
光柵高度：50nm—150nm
占空比：20%—50%(與20nm—50nm的脊高相一致)
評價(jià)函數：偏振度目標值為50，要求Ex (TM) 透過(guò)率不低于40%。
根據需要的評價(jià)函數，可以選擇不同的約束類(lèi)型。
通過(guò)改變參數的權重，以保證此參數在優(yōu)化過(guò)程中能夠得到優(yōu)先優(yōu)化。
“貢獻值”一欄表示的該權重值下參數的優(yōu)先權。
在該案例中，權重選擇如圖所示，因此貢獻值相同。
10. 優(yōu)化@193nm結果
優(yōu)化結果：
光柵高度：124.2nm
占空比：31.6%
Ex透過(guò)率：43.1%
偏振度：50.0
優(yōu)化后的偏振片滿(mǎn)足所需的光學(xué)功能，并達到給定的技術(shù)要求。
得到的光柵結構表現出與在193nm波長(cháng)下相適應的特性，對于所使用的波長(cháng)(紫外或極紫外)來(lái)說(shuō)這是極具挑戰性的。
由于在小于300nm波長(cháng)時(shí)材料參數的變化，透射表現出較差的一致性。
因此，在第二個(gè)步中，將偏振片在特定的光譜范圍內進(jìn)行一致性?xún)?yōu)化。
11. 300nm到400nm波長(cháng)范圍的優(yōu)化
初始參數：
光柵高度：80nm
占空比：40%
參數范圍：
光柵高度：50nm—150nm
占空比：20%—50%(與20nm—50nm的脊高相一致)
評價(jià)函數：偏振度目標值為50，要求Ex (TM) 透過(guò)率不低于40%。此外，透射一致性偏差不超過(guò)5%
優(yōu)化結果：
光柵高度：101.8nm
占空比：20.9%
Ex一致性透過(guò)率：5%（300nm到400nm之間）
偏振對比度：50.0
優(yōu)化后的偏振片滿(mǎn)足所需的光學(xué)功能，并達到給定的技術(shù)要求，尤其是Ex 偏振光的透射一致性。
12. 結論
應用的偏振分析器可以評價(jià)偏振光柵與波長(cháng)和角度的關(guān)系。(同樣適用于極紫外光譜范圍)
VirtualLab參數優(yōu)化工具箱提供了不同的優(yōu)化方式，用以改善提高光學(xué)元件的性能
(如Downhill-Simplex-algorithm)
通過(guò)選擇合適的評價(jià)函數(包括參數權重)可使優(yōu)化更加合理化，并滿(mǎn)足獨立的要求。
|
