[发明专利]一种宽光谱金属介质膜光栅及其优化方法

权利要求书

1.一种宽光谱金属介质膜光栅，其特征在于：该光栅从下至上依次由基底(7)、金属Ag膜(6)、SiO₂介质膜(5)、HfO₂介质膜(4)、TiO₂介质膜(3)、剩余膜层(2)以及表面光栅结构(1)；SiO₂介质膜、HfO₂介质膜和TiO₂介质膜依次组成多层介质膜；金属Ag膜和多层介质膜组成高反射膜(8)；光栅的周期为1480线/mm，光栅槽深为290纳米，剩余膜层的厚度为10nm，占空比为0.28，入射角度为60°。

2.按权利要求1所述的一种宽光谱金属介质膜光栅，其特征在于：所述的多层介质膜结构为(LHT)²，其中L表示SiO₂介质膜，H表示HfO₂介质膜，T表示TiO₂介质膜，所述三种介质膜的光学厚度均为参考波长720nm的四分之一；所述的金属Ag膜的厚度为130nm。

3.如权利要求1或2所述的宽光谱金属介质膜光栅，其特征在于：表面光栅结构和剩余膜层的材料均为HfO₂。

4.一种如权利要求1所述宽光谱金属介质膜光栅的优化方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

1)定义宽光谱金属介质膜光栅衍射效率光谱特性数值评价函数：

MFb=NΔλMFws={1NΣi(λi-λc)2}1/2---(I)]]>

其中：λ_i代表在一个连续变化的波长区间内，衍射效率大于97％的第i个波长，N为λ_i的个数，λ_c为中心波长1053纳米，□λ为波长间隔；MF_b用以表示衍射效率达到97％以上的可用光谱宽度，λi的均方根MF_WS用以表示衍射光谱对中心波长的偏离程度；

2)选定光栅的金属介质膜材料、多层介质膜材料和基底折射率；所述的多层介质膜由SiO₂介质膜、HfO₂介质膜和TiO₂介质膜交替组成；根据啁啾脉冲放大系统和制备工艺设定金属介质膜光栅固定参数：周期、入射波长和入射光的偏振态；

3)选择参与优化的光栅参数：包括光栅的占空比、光栅槽深、剩余膜层的厚度和光栅入射角，并设定每个参数的取值范围和间隔；

4)按照严格耦合波理论建立宽光谱金属介质膜光栅TE波衍射效率数值分析模型：

DE_ri＝R_iR_i^*Re(k_I，zi/k₀n_I cosθ)           (II)

其中：R_i表示第i级衍射光的振幅反射系数，k_I，zi表示入射介质中Z方向第i级入射波的波矢量，k₀是真空中的波矢量，n_I是入射介质的折射率，是入射角；DE_n为衍射效率，Re表示取函数的实部；

5)根据公式(II)计算每组光栅参数对应的各衍射级次归一化的衍射效率；

6)根据评价函数公式(I)判断光栅的结构参数是否满足衍射效率大于97％，工作带宽是否大于190nm；

7)如果满足则停止优化，如果不满足则继续执行步骤5)和步骤6)，直到找出满足中心波长为1053纳米的TE波，在反射-1级方向超过190nm宽光谱带宽内衍射效率高于97％为止。