[发明专利]宽带高衍射效率非对称形貌反射型光栅

说明书

技术领域

本发明涉及反射型光栅，特别是一种宽带高衍射效率非对称形貌反射型光栅。

背景技术

在高功率激光领域中，反射型光栅作为主要的色散元器件，在光谱合成技术以及激光脉宽压缩技术中都是发挥着核心作用。与反射型光栅相比，透射型光栅由于能量需要进过光栅内部，同样不适合应用于高能激光系统中，因此研究反射型光栅在高功率激光领域具有重要意义。目前具备高衍射效率和高抗激光损伤阈值在设计和制备上还是一个难题，对其进行研制是很有研究前景和实用意义的。

-1级高效率光栅通常需要较高密度的光栅密度，此时光栅周期为亚波长量级，对于亚波长光栅的衍射不能由简单的标量光栅理论来计算，而必须采用严格耦合波理论的算法【参见在先技术1：M.G..Moharamet al.,J.Opt.Soc.Am.A.12,1077(1995)】，通过编码的计算机程序精确地计算出结果。

目前常见的反射型光栅的光栅脊形貌多数为矩形或等腰梯形，据我们所知，没有人针对非对称形貌的反射型光栅给出宽带高衍射效率设计。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对非对称光栅脊形貌提供一种宽带高衍射效率反射型光栅，该光栅可以使入射光以-1级利特罗角(Littrow)入射，-1级反射衍射效率在80纳米范围波长带宽内高于95％，最高衍射效率超过99％，且该光栅在较宽角谱(5°左右)内具有高于95％的-1级衍射效率。该宽带高衍射效率非对称形貌反射型光栅在高功率激光应用中具有重要的实用意义。

本发明的技术解决方案如下：

一种宽带高衍射效率反射型光栅，其特点在于由上至下由顶部光栅脊结构、中间高反射率薄膜层和底部基底构成光栅结构，其中顶部光栅脊结构为非对称形貌。

所述的顶部光栅脊结构为低折射率材料或高折射率介质材料或高低折射率材料的组合；所述的低折射率材料包含但不限于SiO₂或者包含SiO₂在内的材料；所述的高折射率材料包含但不限于HfO₂或Ta₂O₅或Al₂O₃或ScO₂或上述氧化物的复合物。

所述的中间高反射率薄膜层为多层高折射率对比度全介质薄膜层或金属介质高反膜层；所述的多层高折射率对比度全介质薄膜层由多层H和L薄膜和一层R薄膜构成，所述的H为一定物理厚度的高折射率材料膜层，L为一定物理厚度的低折射率材料膜层，R为一定物理厚度的剩余介质层；所述的金属介质高反膜层由一定物理厚度的剩余介质层和一定物理厚度的金属层构成。

所述的光栅的周期Λ为500～2000纳米，对应线密度为2000～500线每毫米，顶部光栅脊结构的物理厚度为100～1000纳米，光栅脊底部占宽比f为0.4～0.9，光栅脊底角α和β为50°～90°。

本发明的技术效果如下：

1、本发明光栅可以使入射光在以-1级利特罗角入射时，-1级衍射效率在80纳米范围波长带宽内高于95％，最高衍射效率超过99％。

2、本发明的光栅在较宽角谱内具有高于95％的-1级衍射效率。

3、本发明的光栅结构简单，可大批量生产，在高功率激光领域具有重要的实用前景。

附图说明

图1为宽带高衍射效率非对称形貌反射型光栅实施例1结构剖面图。

图2为宽带高衍射效率非对称形貌反射型光栅实施例2结构剖面图。

图3为宽带高衍射效率非对称形貌反射型光栅实施例1入射波长和衍射效率关系图。

图4为宽带高衍射效率非对称形貌反射型光栅实施例1入射角和衍射效率关系图。

图5为宽带高衍射效率非对称形貌反射型光栅实施例2入射波长和衍射效率关系图。

图6为宽带高衍射效率非对称形貌反射型光栅实施例2入射角和衍射效率关系图。

图中：

1-入射光，2-反射衍射光，3-光栅脊结构，4-剩余介质层，5-低折射率材料膜层，6-高折射率材料膜层，7-高反射率薄膜层，8-金属层，θ-入射角，Λ-光栅周期，f-占宽比，α-底角1，β-底角2

具体实施方式