[发明专利]1×2高效率反射式光栅

说明书

技术领域

本发明涉及反射式光栅，特别是一种中心波长为1064纳米TE偏振的1×2高效率反射式光栅。

背景技术

分束器是光学系统中的基本元件，在光学系统中有着重要的应用。高效率反射式光栅在脉冲压缩技术、飞秒脉冲分束技术中都需要。由于传统的反射分束光栅存在衍射效率较低、损耗大、加工难度大等不足，限制了反射光栅的应用。熔融石英是一种理想的光栅材料，它具有高光学质量，由熔融石英加工金属介电光栅，可以实现很高的衍射效率。上海光机所胡安铎等人设计了一种TE偏振光在利特罗角入射的情况下宽带金属介电反射光栅，其TE波在800纳米波段的衍射效率大于90％【在先技术1，申请号：201110297954.x】。以上反射光栅的衍射效率较小，以利特罗角入射，不用于分束。

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【在先技术2：M.G Moharam et al.，J.Opt.Soc.Am.A.12，1077(1995)】，可以解决这类高密度光栅的衍射问题。利用、结合严格耦合波分析及模拟退火算法，优化设计反射光栅。但据我们所知，目前为止，还没有人针对常用1064纳米波长给出制作的金属膜介电光栅的TE偏振1×2分束的高效率反射式光栅。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种中心波长为1064纳米TE偏振的1×2高效率反射式光栅。当TE偏振光垂直入射时，该光栅可以使入射光分成两束等强度的反射光，实现消零级和反射光的总衍射效率大于96％。因此，该反射光栅具有重要的实用价值。

本发明的技术解决方案如下：

一种一种中心波长为1064纳米TE偏振的1×2高效率反射式光栅，特点在于其结构为熔融石英基底上依次分别镀上铬膜、金膜和熔融石英膜，在该熔融石英层刻蚀矩形槽光栅，未被刻蚀的熔融石英膜层为连接层,该反射光栅的光栅周期为2304～2308纳米，占空比为0.34～0.36，光栅深度为570～590纳米，连接层厚度为133～143纳米。

本发明的技术效果如下：

本发明光栅，特别是该光栅的周期为2306纳米，光栅深度为580纳米，占空比为0.35，连接层厚度为138纳米，该光栅反射光的总效率大于97％，0级衍射效率小于0.25％，实现消零级反射。利用多光束激光并行直写装置，可以大批量、低成本地生产。刻蚀深度较小，易加工，光栅性能稳定、可靠，具有重要的实用前景。本发明具有使用灵活方便、衍射效率较高等优点，是一种非常理想的衍射光学元件。

附图说明

图1是本发明1064纳米波长的TE偏振1×2高效率反射式光栅的几何结构示意图。

图中，1代表熔融石英区域(折射率为n₁)，2代表金膜区域(折射率为n₂)，3代表铬膜区域(折射率为n₃)，4代表熔融石英基底区域(折射率n₁)，5代表TE偏振模式下垂直入射光，6、7分别代表TE模式下的±1级衍射光。d代表光栅周期，b代表光栅脊宽，h₁代表光栅刻蚀深度，h₂代表连接层厚度，h_g代表金膜厚度，h_c代表铬膜厚度。

图2是本发明1×2高效率反射式光栅的周期为2306纳米，占空比为0.35，刻蚀深度为580纳米，连接层厚度为138纳米，金膜厚度为122纳米，铬膜厚度20纳米，TE偏振光垂直入射时，±1级衍射效率随波长变化的曲线。

图3是1×2高效率反射式光栅的周期为2306纳米，占空比为0.35，刻蚀深度为580纳米，连接层厚度为138纳米，金膜厚度为122纳米，铬膜厚度20纳米，TE偏振光垂直入射时，0级衍射效率随波长变化的曲线。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1

本发明中心波长为1064纳米TE偏振的1×2高效率反射式光栅，其结构为熔融石英基底4上依次镀上20纳米铬膜3、122纳米金膜2和熔融石英层1，在熔融石英层1刻蚀矩形槽光栅，未被刻蚀的熔融石英膜层为连接层，该光栅周期为2304～2308纳米，占空比为0.34～0.36，刻蚀深度为570～590纳米，连接层厚度为133～143纳米。