[发明专利]低偏振高衍射效率金属反射浸没光栅及光学系统

说明书

本发明公开了一种低偏振高衍射效率金属反射浸没光栅及光学系统，包括：光栅层，光栅层包括多个阵列排布的第一槽体；介质层，其等厚度覆盖在光栅层表面，介质层的厚度小于光栅层的槽深，介质层表面形成第二槽体；金属反射层，其位于介质层远离光栅层的一侧，金属反射层的一侧填覆第二槽体；光栅层与介质层之间形成第一交界面，介质层与金属反射层之间形成第二交界面；入射光经光栅层的内部朝向第一交界面方向入射，并在第一交界面、介质层和第二交界面之间发生衍射效应以产生衍射光，衍射光经金属反射层反射并从光栅层的内部出射。其能实现低偏振和高衍射效率，降低制造工艺难度，在高分辨率大气探测领域具有重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及光栅技术领域，具体涉及一种低偏振高衍射效率金属反射浸没光栅及光学系统。

背景技术

在光栅型高光谱成像仪器中，特别是针对用于大气成分探测的光谱仪，具有低偏振、高衍射效率、高色散特点的光栅是仪器实现高精度探测和反演的核心元件之一。随着仪器光谱分辨率要求提高，系统的体积和质量急剧增加。E. Hulthén提出浸没光栅的概念（参见E. Hulthén, and H. Neuhaus, Nature, 1954, 173(4401):442-443.），当光栅面浸没在折射率为n的介质中时，其光谱分辨能力比未浸没时增加n倍。这就意味着，相比于具有同等色散能力的非浸没光栅，浸没光栅的线度尺寸将减小n倍，光谱仪中与之匹配的其他光学器件尺寸也随之减小，从而大大降低了整机的体积和质量。此外，金属反射光栅可以在较宽的波段范围内实现高衍射效率。然而，对于大角度入射的高槽密度金属反射浸没光栅，光栅槽形只有满足大占空比和高深周期比的条件，才能同时实现低偏振和高衍射效率，并且此时偏振度和衍射效率受光栅的槽形公差影响较大，这对光栅的加工制造工艺提出了极大的挑战。为此，设计一种易于实现的低偏振高衍射效率金属反射浸没光栅是具有研究意义和应用价值的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低偏振高衍射效率金属反射浸没光栅及光学系统，其能实现低偏振和高衍射效率，降低制造工艺难度，在高分辨率大气探测领域具有重要的应用价值。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低偏振高衍射效率金属反射浸没光栅，包括光栅层，所述光栅层包括多个阵列排布的第一槽体；

介质层，其等厚度覆盖在所述光栅层表面，所述介质层的厚度小于所述光栅层的槽深，所述介质层表面形成第二槽体；

金属反射层，其位于所述介质层远离所述光栅层的一侧，所述金属反射层的一侧填覆所述第二槽体；

所述光栅层与所述介质层之间形成第一交界面，所述介质层与所述金属反射层之间形成第二交界面；

入射光经所述光栅层的内部朝向所述第一交界面方向入射，并在所述第一交界面、介质层和第二交界面之间发生衍射效应以产生衍射光，所述衍射光经所述金属反射层反射并从光栅层的内部出射。

作为优选的，所述介质层的厚度a、所述光栅层的占空比f和所述金属反射层的占空比t满足约束条件：。

作为优选的，所述光栅层的周期d为700-1050nm，所述光栅层的槽深与周期比h为0.7-0.9，所述光栅层的占空比f的范围为0.2-0.4；所述金属反射层的占空比t为0.2-0.45；所述介质层的厚度a为80-250nm。

作为优选的，所述光栅层的槽密度为950-1430线对/毫米。

作为优选的，所述光栅层由熔融石英光学玻璃制备。

作为优选的，所述介质层为氧化物材料制备，所述介质层的复折射率实部范围为1.6-2.5，虚部范围为0-1*10^-2。