CN103018815B - 一种深紫外铝光栅偏振器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深紫外铝光栅偏振器，包括铝光栅和基底介质，铝光栅的周期为50nm-100nm，厚度为50nm-200nm，占空比（光栅栅线宽度/光栅周期）为0.3-0.7；基底介质的材料是SiO2；基底介质紧密的包裹铝光栅。本发明的光栅偏振器可以覆盖波长为150nm-160nm的超深紫外光，体积小、结构紧凑；本发明的光栅偏振器解决了现有偏振器不能工作在157nm波长而无法满足157nm光刻技术需求的问题。
Description
技术领域
发明涉及一种偏振器，具体涉及一种工作波长为150nm-160nm的超深紫外线偏振器，属于光栅偏振器技术领域。
背景技术
偏振器是获得偏振光的器件。传统的偏振器主要有利用反射起偏的多层透明介质膜偏振器、利用折射起偏的多层透明介质膜偏振器、利用二向色性起偏的偏振器和利用双折射起偏的晶体起偏器。大多数传统偏振器的体积都比较大，这不利于它们在光电集成系统上的应用。
光栅偏振器是一种新型偏振器。光栅偏振器具有体积小、结构紧凑、易于集成等优点。这种偏振器具有巨大的应用前景。
由于大多数材料在深紫外波段具有高的吸收率，因此大多数传统偏振器的工作波长都在200nm以上。只有少数基于BBO晶体的偏振器的工作波长能够向短波方向延伸到190nm。但是当波长小于190nm后，基于BBO晶体的偏振器也存在高损耗的问题，这使得基于BBO晶体的偏振器的透射率近似为零。虽然光栅偏振器具有应用于深紫外波段的潜力，但现有的光栅偏振器的工作波长一般都大于170nm。随着157nm光刻技术的发展，急需偏振光源来提高它的光刻分辨率。但现有的偏振器无法满足157nm光刻技术对高透射率偏振器的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种深紫外铝光栅偏振器，能够解决现有偏振器在150nm-160nm波段工作时透射率极低的问题。
本发明的深紫外铝光栅偏振器包括铝光栅和基底介质，铝光栅的周期为50nm-100nm，厚度为50nm-200nm，占空比（光栅栅线宽度/光栅周期）为0.3-0.7；基底介质的材料是SiO2；基底介质紧密的包裹铝光栅。
工作原理：任何光都可以分解成两个偏振方向相互垂直的光波分量，即TE光和TM光；对于本发明的光栅偏振器，TE光是光波偏振方向平行于栅线的光，TM光是光波偏振方向垂直于栅线的光。当光波透过金属光栅后，被金属光栅衍射。对波长为150nm-160nmm光波，铝光栅的非零级衍射光的透射率近似为零。本发明的光栅偏振器是铝光栅的零级衍射光作为输出光。一束光入射所述光栅偏振器后，这束光中的TE光能够以较大的透过率通过所述的光栅偏振器；这束光中的TM光大部分被所述光栅偏振器反射和吸收。因此，这束光中的TM光只能以极小的透过率通过所述的光栅偏振器。因此，一束光透过所述光栅偏振器后，透射光（光栅的零级衍射光）的偏振方向始终平行于栅线（即透射光是TE光）。因此，所述的光栅偏振器能够使任意光通过它后变为线偏振光。
有益效果：本发明的光栅偏振器可以覆盖波长为150nm-160nm的超深紫外光，具有体积小、结构紧凑的优点；本发明的光栅偏振器解决了现有偏振器不能工作在157nm波长（现有偏振器在150nm-160nm波段的透射率近似为零）而无法满足157nm光刻技术需求的问题；本发明的光栅偏振器在150nm-160nm波段具有高透射率、高消光比（所述光栅对TE光的透射率/它对TM光的透射率）的优点；在例如在157nm波长处，本发明的光栅偏振器的TE光透射率可以高于50%；消光比大于100；入射光的入射角范围可以从-10度到10度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的纵向剖面视图。
其中，1-金属光栅，2-基底介质。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如附图1所示，本发明由铝光栅1和SiO2基底介质2构成。如附图2所示，L为入射光；A为入射角;T为透射光;P为光栅周期;D为光栅厚度;W为栅线宽度。
实施例1
铝光栅1由SiO2基底介质2包裹。铝光栅1的周期P为100nm,铝光栅1的厚度D为50nm,铝光栅1的栅线宽度W为50nm。入射光的入射角度范围从-10度到10度。当157nm光波垂直入射这样的光栅偏振器时，TE光的透射率可达62%；光栅偏振器的消光比约110。
实施例2
铝光栅1由SiO2基底介质2包裹。铝光栅1的周期P为60nm,铝光栅1的厚度D为50nm,铝光栅1的栅线宽度W为30nm。入射光的入射角度范围从-20度到20度。当157nm光波垂直入射这样的光栅偏振器时，TE光的透射率可达67%；光栅偏振器的消光比约527。
实施例3
铝光栅1由SiO2基底介质2包裹。铝光栅1的周期P为50nm,铝光栅1的厚度d为50nm,铝光栅1的栅线宽度W为25nm。入射光的入射角度范围从-15度到15度。当157nm光波垂直入射这样的光栅偏振器时，TE光的透射率可达52%；光栅偏振器的消光比约224。
实施例4
铝光栅1由SiO2基底介质2包裹。铝光栅1的周期P为100nm,铝光栅1的厚度D为50nm,铝光栅1的栅线宽度W为60nm。入射光的入射角度范围从-10度到10度。当157nm光波垂直入射这样的光栅偏振器时，TE光的透射率可达56%；光栅偏振器的消光比大于15000。
实施例5
铝光栅1由SiO2基底介质2包裹。铝光栅1的周期P为90nm,铝光栅1的厚度D为50nm,铝光栅1的栅线宽度W为36nm。入射光的入射角度范围从-10度到10度。当150nm光波垂直入射这样的光栅偏振器时，TE光的透射率可达76%；光栅偏振器的消光比约146。
实施例6
铝光栅1由SiO2基底介质2包裹。铝光栅1的周期P为90nm,铝光栅1的厚度D为50nm,铝光栅1的栅线宽度W为63nm。入射光的入射角度范围从-10度到10度。当155nm光波垂直入射这样的光栅偏振器时，TE光的透射率可达56%；光栅偏振器的消光比约767。
实施例7
铝光栅1由SiO2基底介质包裹2。铝光栅1的周期P为100nm,铝光栅1的厚度D为60nm,铝光栅1的栅线宽度W为50nm。入射光的入射角度范围从-10度到10度。当160nm光波垂直入射这样的光栅偏振器时，TE光的透射率可达67%；光栅偏振器的消光比约736。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种深紫外铝光栅偏振器，其特征在于，包括铝光栅和基底介质，基底介质的材料是SiO2，基底介质紧密的包裹铝光栅，铝光栅的周期为50nm-100nm，厚度为50nm-200nm，光栅栅线宽度与光栅周期的比值为0.3-0.7；
当铝光栅的周期为100nm,铝光栅的厚度为50nm,铝光栅的栅线宽度为50nm时；157nm光波垂直入射深紫外铝光栅偏振器时，入射光的入射角度范围从-10度到10度，入射光中的TE光的透射率为62％；光栅偏振器的消光比为110；
当铝光栅的周期为60nm,铝光栅的厚度为50nm,铝光栅的栅线宽度为30nm时；157nm光波垂直入射深紫外铝光栅偏振器时，入射光的入射角度范围从-20度到20度，入射光中的TE光的透射率为67％；光栅偏振器的消光比为527；
当铝光栅的周期为50nm,铝光栅的厚度为50nm,铝光栅的栅线宽度为25nm时；157nm光波垂直入射深紫外铝光栅偏振器时，入射光的入射角度范围从-15度到15度，入射光中的TE光的透射率为52％；光栅偏振器的消光比为224；
当铝光栅的周期为100nm,铝光栅的厚度为50nm,铝光栅的栅线宽度为60nm时；157nm光波垂直入射深紫外铝光栅偏振器时，入射光的入射角度范围从-10度到10度，入射光中的TE光的透射率为56％；光栅偏振器的消光比大于15000；
当铝光栅的周期为90nm,铝光栅的厚度为50nm,铝光栅的栅线宽度为36nm时；150nm光波垂直入射深紫外铝光栅偏振器时，入射光的入射角度范围从-10度到10度，入射光中的TE光的透射率为76％；光栅偏振器的消光比为146；
当铝光栅的周期为90nm,铝光栅的厚度为50nm,铝光栅的栅线宽度为63nm时；155nm光波垂直入射深紫外铝光栅偏振器时，入射光的入射角度范围从-10度到10度，入射光中的TE光的透射率为56％；光栅偏振器的消光比为767；
当铝光栅的周期为100nm,铝光栅的厚度为60nm,铝光栅的栅线宽度为50nm时；当160nm光波垂直入射深紫外铝光栅偏振器时，入射光的入射角度范围从-10度到10度，入射光中的TE光的透射率为67％；光栅偏振器的消光比为736。
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