[发明专利]一种宽带反射式1/4波片

说明书

技术领域

本发明涉及一种偏振光学组件，尤其是涉及一种宽带反射式1/4波片。

背景技术

在偏振光学系统中，波片被用来提供一定的相位延迟，从而实现对光波偏振态的控制。1/4波片可以用来实现线偏振光与圆偏振光之间的相互转换。传统的1/4波片利用各向异性晶体的双折射性质，为两个正交线偏振光之间提供π/2相位延迟，由于相位延迟量与波片的厚度相关，因而传统波片仅能工作在一个较窄的波带内，无法满足宽带应用的需求。

亚波长光栅具有形式双折射效率，可以用来设计宽带高效率的波片。由于反射式光栅有不同的实现形式，基于亚波长光栅的反射式波片的实现形式也有多种。例如，Passilly等人基于内全射效应，设计出了宽带1/4波片，并对其物理机制进行了分析(N.Passilly et al.，J.Opt.10，015001(2008))。Magnusson等人基于导模谐振效应设计了宽带反射式1/4波片(R.Magnusson et al.，Opt.Lett.35，2472(2010))。Pang等人利用金属线栅设计了宽带反射式的宽带波片(Y.Pang et al.，Opt.Express.17，2871(2009))。

从光栅设计的角度看，高效率反射光栅还要一种重要的实现形式，即金属介电反射光栅，这种光栅通过在介质膜内加入一层高反射率的金属膜，在顶部介电膜内刻蚀光栅槽，从而实现高效率反向衍射。金属介电反反射光栅结构最早由法国学者提出(N.Bonod et al.，Opt.Commun.260，649(2006))，应用于高功率激光脉冲压缩，其具有高效率、宽带、高功率破坏阈值等优点。如果基于亚波长金属介电光栅设计宽带反射式波片，那么它将具有应用于脉冲压缩的光栅的优点。

基于亚波长金属介电光栅的宽带反射式波片，本质仍然是一种高密度光栅。高密度光栅的衍射不能由简单的标量光栅衍射方程来解释，而必须采用矢量形式的麦克斯韦方程并结合边界条件，通过编码的计算机程序精确地计算出结果。Moharam等人已给出了严格耦合波理论的算法(M.G.Moharam et al.，J.Opt.Soc.Am.A.12，1077(1995))。利用严格耦合波分析，可以计算光栅的衍射效率及衍射波的相位。将合严格耦合波分析与模拟退火算法相结合，可以优化设计宽带反射式1/4波片。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种针对中心波长为1550纳米波长的激光提供一种中心波长为1550纳米波段的宽带反射式波片。在垂直入射条件下，该波片只有0级衍射光输出，对于TE(电场矢量的振动方向垂直于入射面)和TM(磁场矢量的振动方向垂直于入射面)偏振的入射光，入射光波长为1470～1630纳米时，0级衍射光之间的相位差介于88.5°～91.5°之间，而且对于两种偏振态的衍射光的效率均高于96％。因此，该波片可以在较宽的带宽内用于光波偏振态的控制。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种宽带反射式1/4波片，包括基底，在基底上依次镀设氧化铝膜、银膜、氧化铝膜和氧化硅膜，

所述的氧化硅层内刻蚀形成矩形槽光栅，该光栅的周期为1178～1188纳米，刻蚀深度为2517～2527纳米，占空比为0.255，占空比为光栅脊宽与光栅周期之比。

所述的矩形槽光栅的周期为1183纳米，刻蚀深度为2522纳米。

所述的矩形槽光栅的脊宽介于300～303纳米之间，其典型值为301.5纳米。所述的氧化铝膜为连接层，厚度介于56～66纳米之间，其典型值为61纳米。

银膜主要是起到反射光的作用，一般厚度只要大于100纳米，使得光波无法透过即可。