[发明专利]一种用于飞秒啁啾脉冲放大系统的宽光谱金属介质膜光栅

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于飞秒啁啾脉冲放大系统的宽光谱介质膜光栅，尤其涉及一种用于800纳米飞秒激光脉冲放大系统的宽光栅高衍射效率金属介质膜光栅，属于衍射光栅技术领域。 

背景技术

超短超快高功率激光成为探索极端物理条件下物质相互作用的重要手段，啁啾脉冲放大(Chirped-pulse amplification)技术是实现超短超快激光性能的重要方法，而脉宽压缩光栅是啁啾脉冲放大技术的核心。 

为提高啁啾脉冲放大系统的工作效率，满足飞秒激光频谱带宽的使用要求，用来展宽和压缩飞秒激光脉冲的光栅必须具有尽可能高的衍射效率和宽的光谱。 

虽然传统的镀金光栅(Metal grating，MG)可以达到95％的衍射效率，但是由于金属具有较强的吸收特性，其最高的抗激光损伤阈值在皮秒量级为0.4J/cm²。 

多层介质膜光栅(Multi-layer dielectric grating，MDG)基于介质膜的干涉原理和表面浮雕结构的衍射原理，其结构设计更加灵活。但由于干涉作用其工作带宽通常在几十个纳米的范围，无法满足飞秒激光对宽光谱的要求。 

为了扩展光栅的工作带宽和衍射效率，金属介质膜光栅成为主要的研究方向。金属介质膜光栅(Metal Multi-layer dielectric grating，MMDG)充分结合了金属的宽光谱和介质膜光栅的高衍射效率特性，通过对金属介质膜光栅结构进行优化可以获得宽光谱和高衍射效率，因此成为设计和制备宽光谱高衍射效率脉宽压缩光栅的有效方式。 

通过以上分析，宽光谱高衍射效率金属介质膜光栅在啁啾脉冲放大系统中具有重要的应用价值，宽光谱和和高衍射效率特性是决定其性能的关键因素。 

发明内容

本发明的目的是提供一种用于飞秒啁啾脉冲放大系统的宽光谱金属介质膜光栅，该金属介质光栅在800纳米的TE模式使用条件下，可实现宽光谱高衍射效率。 

本发明的技术方案如下： 

一种用于飞秒啁啾脉冲放大系统的宽光谱金属介质膜光栅，其特征在于：该宽光谱金属介质膜光栅包括基底、金属Ag膜、介质反射膜和表面光栅结构；所述的介质反射膜由HfO₂介质膜和SiO₂介质膜交替沉积而成；金属Ag膜和介质反射膜组成高反射膜；所述的表面光栅结构和介质反射膜之间设有剩余膜层，所述剩余膜层的折射率和表面光栅结构的折射率相同；光栅的周期为550纳米，刻蚀深度为240纳米，剩余膜层的厚度为10纳米，占空比为0.26，入射角度为53°。 

本发明所述的介质反射膜的结构为(L1.5H)²，其中H和L分别代表光学厚度为参考波长 四分之一的HfO₂和SiO₂介质材料，参考波长为720纳米，表面光栅结构和剩余膜层的材料为HfO₂。 

本发明所提供的宽带金属介质膜光栅对于中心波长为800纳米的TE波，-1级衍射效率在744-874nm范围优于97％，有效工作带宽达130纳米。另外，本发明在表面光栅结构和金属介质反射膜之间引入剩余膜层，这层膜是顶层HfO₂刻蚀后的剩余膜层，其作用是可以有效调节光栅的结构参数，平衡周期、占空比以及膜层结构的综合特性。同时也为了确保光栅-1级高衍射效率条件的满足。 

附图说明

图1为本发明宽光谱金属介质膜光栅结构图。 

图2为本发明宽光谱脉宽压缩光栅用金属反射膜光谱特性曲线。 

图3为本发明宽光谱金属介质光栅光谱特性。 

图中：1-基底；2-金属Ag膜；3-HfO₂介质膜；4-SiO₂介质膜；5-剩余膜层；6-表面光栅结构；7-介质反射膜；8-高反射膜。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的原理、结构及具体实施做进一步的说明。