1×2高效率反射式光柵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及反射式光柵，特別是一種中心波長(zhǎng)為1064納米TE偏振的1X2高效率 反射式光柵。
【背景技術(shù)】
[0002] 分束器是光學(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。高效率反射式 光柵在脈沖壓縮技術(shù)、飛秒脈沖分束技術(shù)中都需要。由于傳統(tǒng)的反射分束光柵存在衍射效 率較低、損耗大、加工難度大等不足，限制了反射光柵的應(yīng)用。熔融石英是一種理想的光柵 材料，它具有高光學(xué)質(zhì)量，由熔融石英加工金屬介電光柵，可以實(shí)現(xiàn)很高的衍射效率。上 海光機(jī)所胡安鐸等人設(shè)計(jì)了一種TE偏振光在利特羅角入射的情況下寬帶金屬介電反射光 柵，其TE波在800納米波段的衍射效率大于90%【在先技術(shù)1，【申請(qǐng)?zhí)枴?01110297954. X】。 以上反射光柵的衍射效率較小，以利特羅角入射，不用于分束。
[0003] 高密度光柵的衍射不能由簡(jiǎn)單的標(biāo)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(jì)算機(jī)程序精確地計(jì)算出結(jié)果。Moharam等人 已給出了嚴(yán)格親合波理論的算法【在先技術(shù)2 :M. G Moharam et al.，J. Opt. Soc. Am. A. 12， 1077(1995)】，可以解決這類高密度光柵的衍射問題。利用、結(jié)合嚴(yán)格耦合波分析及模擬退 火算法，優(yōu)化設(shè)計(jì)反射光柵。但據(jù)我們所知，目前為止，還沒有人針對(duì)常用1064納米波長(zhǎng)給 出制作的金屬膜介電光柵的TE偏振1X2分束的高效率反射式光柵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種中心波長(zhǎng)為1064納米TE偏振的1X2高效 率反射式光柵。當(dāng)TE偏振光垂直入射時(shí)，該光柵可以使入射光分成兩束等強(qiáng)度的反射光， 實(shí)現(xiàn)消零級(jí)和反射光的總衍射效率大于96%。因此，該反射光柵具有重要的實(shí)用價(jià)值。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：
[0006] -種一種中心波長(zhǎng)為1064納米TE偏振的1X2高效率反射式光柵，特點(diǎn)在于其結(jié) 構(gòu)為熔融石英基底上依次分別鍍上鉻膜、金膜和熔融石英膜，在該熔融石英層刻蝕矩形槽 光柵，未被刻蝕的熔融石英膜層為連接層，該反射光柵的光柵周期為2304~2308納米，占 空比為0. 34~0. 36,光柵深度為570~590納米，連接層厚度為133~143納米。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)效果如下：
[0008] 本發(fā)明光柵，特別是該光柵的周期為2306納米，光柵深度為580納米，占空比為 0. 35,連接層厚度為138納米，該光柵反射光的總效率大于97%，0級(jí)衍射效率小于0. 25%， 實(shí)現(xiàn)消零級(jí)反射。利用多光束激光并行直寫裝置，可以大批量、低成本地生產(chǎn)?？涛g深度較 小，易加工，光柵性能穩(wěn)定、可靠，具有重要的實(shí)用前景。本發(fā)明具有使用靈活方便、衍射效 率較高等優(yōu)點(diǎn)，是一種非常理想的衍射光學(xué)元件。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明1064納米波長(zhǎng)的TE偏振1X2高效率反射式光柵的幾何結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0010] 圖中，1代表熔融石英區(qū)域（折射率為Ii1), 2代表金膜區(qū)域（折射率為n2)，3代表 鉻膜區(qū)域（折射率為n3)，4代表熔融石英基底區(qū)域（折射率Ii 1)，5代表TE偏振模式下垂直 入射光，6、7分別代表TE模式下的± 1級(jí)衍射光。d代表光柵周期，b代表光柵脊寬，！^代 表光柵刻蝕深度，h2代表連接層厚度，h 8代表金膜厚度，h。代表鉻膜厚度。
[0011] 圖2是本發(fā)明1X2高效率反射式光柵的周期為2306納米，占空比為0.35,刻蝕深 度為580納米，連接層厚度為138納米，金膜厚度為122納米，鉻膜厚度20納米，TE偏振光 垂直入射時(shí)，±1級(jí)衍射效率隨波長(zhǎng)變化的曲線。
[0012] 圖3是1X2高效率反射式光柵的周期為2306納米，占空比為0. 35,刻蝕深度為 580納米，連接層厚度為138納米，金膜厚度為122納米，鉻膜厚度20納米，TE偏振光垂直 入射時(shí)，〇級(jí)衍射效率隨波長(zhǎng)變化的曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范 圍。
[0014] 實(shí)施例1
[0015] 本發(fā)明中心波長(zhǎng)為1064納米TE偏振的1X2高效率反射式光柵，其結(jié)構(gòu)為熔融石 英基底4上依次鍍上20納米鉻膜3、122納米金膜2和熔融石英層1，在熔融石英層1刻蝕 矩形槽光柵，未被刻蝕的熔融石英膜層為連接層，該光柵周期為2304~2308納米，占空比 為0. 34~0. 36,刻蝕深度為570~590納米，連接層厚度為133~143納米。
[0016] 在如圖1所示的光柵結(jié)構(gòu)下，本發(fā)明采用嚴(yán)格耦合波理論【在先技術(shù)2】計(jì)算了 I X 2高效率反射式光柵在1064納米波段的衍射效率。
[0017] 表1給出了本發(fā)明一系列實(shí)施例，表中d為光柵周其月，f為光柵占空比，Ii1為光柵 深度，h2為光柵連接層厚度，λ為入射波波長(zhǎng)，η ±1為±1級(jí)衍射效率，η 級(jí)衍射效 率。在制作本發(fā)明中心波長(zhǎng)為1064納米TE偏振的I X 2高效率反射式光柵的過程中，由表 1可知，當(dāng)光柵的周期為2304~2308納米，占空比為0. 34~0. 36,刻蝕深度為570~590 納米，連接層厚度為133~143納米時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)消零級(jí)且±1級(jí)衍射效率高于96%。
[0018] 本發(fā)明1064納米波長(zhǎng)的TE偏振石英的1X2高效率反射式光柵，具有使用靈活方 便、衍射效率較高等優(yōu)點(diǎn)，是一種非常理想的衍射光學(xué)元件，多光束激光并行直寫裝置結(jié)合 自感應(yīng)耦合等離子深刻蝕工藝以及鍍膜技術(shù)加工而成，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(shí)用前景。
[0019] 表1 TE偏振光垂直入射時(shí)± 1級(jí)衍射效率。
[0020]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種中心波長(zhǎng)1064納米波段的1X2高效率反射式光柵，特征在于其結(jié)構(gòu)為熔融石 英基底（4)上依次分別鍍20納米鉻膜（3)、122納米金膜（2)和熔融石英膜（1)，在熔融石 英膜（1)上刻蝕矩形槽光柵，未被刻蝕的熔融石英膜層為連接層，光柵周期2304~2308納 米，占空比為0. 34~0. 36,光柵深度為570~590納米，連接層厚度為133~143納米。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的1X2高效率反射式光柵，其特征在于所述的光柵的周期為 2306納米，占空比為0. 35,光柵的刻蝕深度為580納米，連接鉻層厚度為138納米。
【專利摘要】一種中心波長(zhǎng)為1064納米TE偏振的1×2高效率反射式光柵，其結(jié)構(gòu)為熔融石英基底上依次鍍上鉻膜、金膜和熔融石英膜，在熔融石英膜層上刻蝕矩形槽光柵，未被刻蝕的熔融石英膜層為連接層，光柵周期為2304～2308納米，占空比為0.34～0.36，光柵深度為570～590納米，連接層厚度133～143納米。本發(fā)明在TE偏振光垂直入射時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)中心波長(zhǎng)1064納米消零級(jí)且±1級(jí)衍射效率高于96％。本發(fā)明可以由多光束激光并行直寫裝置結(jié)合自感應(yīng)耦合等離子深刻蝕工藝以及鍍膜技術(shù)加工而成，取材方便，加工簡(jiǎn)單，具有重要的實(shí)用前景。
【IPC分類】G02B5-18
【公開號(hào)】CN104777537
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510165518
【發(fā)明人】王津, 周常河, 麻健勇, 曹紅超, 盧炎聰, 李民康, 項(xiàng)長(zhǎng)鋮
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
【公開日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年4月3日