高效率石英雙層錯移光柵的制作方法
【專利摘要】一種用于1310納米波長的TE偏振的垂直入射的高效率石英雙層錯移光柵，該光柵的光柵周期為1760～1770納米，占空比為0.582，偏移量為565～575納米，總的光柵深度為2810～2830納米，上下光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)相同，當TE偏振光垂直入射時，其透射光-1級衍射效率可高于97%。本發(fā)明TE偏振的垂直入射的高效率石英雙層錯移光柵由電子束直寫裝置結(jié)合微電子深刻蝕工藝加工而成，取材方便，造價小，能大批量生產(chǎn)，具有重要的實用前景。
【專利說明】高效率石英雙層錯移光柵
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本專利涉及高效率石英雙層錯移光柵，特別是一種用于1310納米波長的垂直入射TE偏振的高效率石英雙層錯移光柵。
【背景技術(shù)】
[0002]光偏轉(zhuǎn)器是光學(xué)系統(tǒng)中的基本元件，在光學(xué)系統(tǒng)中有著重要的應(yīng)用。在光通信、光信息處理、光計算、全息等等系統(tǒng)中有著不可替代的作用。傳統(tǒng)的光偏轉(zhuǎn)器，由于工藝復(fù)雜，成本昂貴，而且激光破壞閾值不高。今年來興起的電光晶體作為光偏轉(zhuǎn)，也同樣存在著成本高，制造困難等缺點。熔融石英是一種理想的光柵材料，它具有高光學(xué)質(zhì)量:穩(wěn)定的性能、高損傷閾值和從深紫外到遠紅外的寬透射譜，并且由熔融石英設(shè)計制作高效率分束光柵，結(jié)構(gòu)簡單，工藝流程簡單。因此，刻蝕高密度深刻蝕熔融石英光柵作為新型的光偏轉(zhuǎn)器件具有廣泛的應(yīng)用前景。對石英光柵，一種較為常見的光入射方式是垂直入射，即入射角是零度。
[0003]Anduo Hu等人設(shè)計了一種布拉格角入射下的高效率反射式石英-1級高效率衍射光柵，其TE反射效率在200納米波長范圍內(nèi)高于92%【在先技術(shù)1:Anduo Hu et al.，J.0pt.14，055705 (2012)】。以上光柵是基于在布拉格角入射的矩形反射式光柵，當光垂直的照在傾斜光柵上，由于 雙層光柵在結(jié)構(gòu)上存在不對稱的特性，透射光能量會存在不對稱分布，可以實現(xiàn)-1級高效率的透射。
[0004]雙層光柵是利用微電子深刻蝕工藝，在基底上加工出的具有矩形槽形的光柵組合到一起的。高密度雙層光柵的衍射理論，不能由簡單的標量光柵衍射方程來解釋，而必須采用矢量形式的麥克斯韋方程并結(jié)合邊界條件，通過編碼的計算機程序精確地計算出結(jié)果。Moharam等人已給出了嚴格I禹合波理論的算法【在先技術(shù)2:M.G.Moharam et al., J.0pt.Soc.Am.A.12，1077(1995)】，可以解決這類高密度光柵的衍射問題。但據(jù)我們所知，目前為止，還沒有人針對常用1310納米波長給出在熔融石英基片上實現(xiàn)垂直入射-1級高效率透射的設(shè)計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于1310納米波長的TE偏振的垂直入射的高效率石英雙層錯移光柵。當TE偏振光垂直入射時，該光柵可以使入射光能量主要分布在-1級透射光上，-1級透射光的最高效率大于97%。因此，該光柵具有重要的實用價值。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0007]一種用于1310納米波長的TE偏振的垂直入射的高效率石英雙層錯移光柵，該光柵的光柵周期為1760~1770納米，占空比為0.582，偏移量為565~575納米，總的光柵深度為2810~2830納米，上下光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)相同。
[0008]最佳的光柵周期為1764.9納米，偏移量為571.8納米，占空比為0.582，總的光柵深度為2821.3納米，上下光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)相同。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)效果如下:[0010]特別是當光柵的光柵周期為1764.9納米，偏移量為571.8納米，占空比為0.582，總的光柵深度為2821.3納米，上下光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)相同。-1級透射光的衍射效率最大值大于97%。本發(fā)明具有使用靈活方便、均勻性較好、衍射效率較高等優(yōu)點，是一種非常理想的衍射光學(xué)元件，利用電子束直寫裝置結(jié)合微電子深刻蝕工藝，可以大批量、低成本地生產(chǎn)，刻蝕后的光柵性能穩(wěn)定、可靠，具有重要的實用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明1310納米波長的TE偏振垂直入射的高效率石英雙層錯移光柵的幾何結(jié)構(gòu)。 [0012]圖中，I代表區(qū)域I (折射率為Ii1), 2代表區(qū)域2 (折射率為n2)，3代表入射光，4代表TE偏振模式下的出射光。d為光柵周期，b為脊寬，h為光柵深度，X為偏移量。
[0013]圖2是本發(fā)明要求范圍內(nèi)的高效率石英雙層錯移石英光柵(石英的折射率為
1.45)光柵周期為1764.9納米，偏移量為571.8納米，占空比為0.582，總的光柵深度為2821.3納米，上下光柵深度相同，衍射效率隨波長變化的曲線。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。
[0015]先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明1310納米波長的TE偏振垂直入射的高效率石英雙層錯移光柵的幾何結(jié)構(gòu)。圖中，區(qū)域1、2都是均勻的，都是熔融石英(折射率n=l.45)。TE偏振入射光對應(yīng)于電場矢量的振動方向垂直于入射面，其垂直入射到光柵。由圖可見，本發(fā)明用于波長為1310納米波段的TE偏振垂直入射的高效率石英雙層錯移光柵，該光柵的光柵周期為1764.9納米，偏移量為571.8納米，占空比為0.582，總的光柵深度為2821.3納米，上下光柵的結(jié)構(gòu)參數(shù)相同。
[0016]在如圖1所示的光柵結(jié)構(gòu)下，本發(fā)明采用嚴格耦合波理論【在先技術(shù)2】計算雙層石英光柵在1310納米波段的衍射效率。我們利用嚴格耦合波理論【在先技術(shù)2】得到光柵初始結(jié)構(gòu)，并采用模擬退火法則【在先技術(shù)3:W.GofTe et al.，J.Econometrics60, 65-99 (1994)】進行優(yōu)化,從而得到這種_1級高效率石英透射光柵。
[0017]表1給出了本發(fā)明一系列實施例，表中d為光柵周期,b為脊寬，h為光柵深度，λ為入射波長，X為偏移量，f為占空比，為衍射效率。在制作本發(fā)明用于1310納米波長的TE偏振垂直入射的高效率出射石英透射光柵的過程中，適當選擇光柵周期、脊寬，偏移量和刻蝕深度就可以在一定的帶寬內(nèi)得到高衍射效率。
[0018]圖2是本發(fā)明-1級透射光衍射效率隨波長變化的曲線。
[0019]本發(fā)明的TE偏振垂直入射的高效率石英雙層錯移光柵，具有使用靈活方便、均勻性較好、衍射效率較高等優(yōu)點，是一種非常理想的衍射光學(xué)元件，利用電子束直寫裝置結(jié)合微電子深刻蝕工藝，可以大批量、低成本地生產(chǎn)，刻蝕后的光柵性能穩(wěn)定、可靠，具有重要的實用前景。
[0020]表1垂直入射時不同波長的TE偏振光在-1級衍射效率，占空比為0.582，h為總的光柵深度，d為光柵周期，X為偏移量
【權(quán)利要求】
1.一種用于1310納米波長的TE偏振的垂直入射的高效率石英雙層錯移光柵，該光柵的光柵周期為1760?1770納米，占空比為0.582，偏移量為565?575納米，總的光柵深度為2810?2830納米，上下光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TE偏振-1級高效率石英雙層錯移光柵，其特征在于所述的光柵周期為1764.9納米，偏移量為571.8納米，占空比為0.582，總的光柵深度為2821.3納米，上下光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)相同。
【文檔編號】G02B5/18GK103543484SQ201310455059
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】李樹斌, 周常河, 曹紅超, 吳俊
申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所