[发明专利]宽带高效率熔融石英透射偏振相关光栅

说明书

技术领域

本专利涉及高效率熔融石英光栅，特别是一种800纳米波段的宽带高效率熔融石英透射偏振相关光栅。

背景技术

光栅广泛应用于各种光学系统中，其中一个重要的用途是作为色散元件应用于激光器、飞秒脉冲压缩系统和波分复用系统中。传统的用于飞秒脉冲压缩系统中的宽带高效率光栅多分为两类：一类是正弦型金光栅，其抗损伤阈值较低，仅有0.2J/cm²；另一类是基于背面多层介质膜反射镜的全介质光栅，其带宽相对较窄(约40nm)，此外还存在着成本高，制造困难等缺点。一些文献报道了高效率熔融石英光栅，但主要是用于波长1060纳米的高效率光栅【在先技术1：T.Clausnitzer et al.，App.Opt.42，6934(2003)】。熔融石英是一种非常好的光学材料，它具有从深紫外到远红外的宽透射谱，有很高的光学质量，温度稳定性好，激光破坏阈值高。以熔融石英为材料，已经设计和制造了低损耗偏振相关、高衍射效率光栅和偏振分束光栅。因此，同时考虑光栅的高效率和宽带特性，并利用熔融石英来制作高损伤阈值的宽带高效率光栅，将是非常合适的。

高密度矩形深刻蚀光栅是利用微电子深刻蚀工艺，在基底上加工出的具有较深槽形的光栅。由于表面刻蚀光栅的刻蚀深度较深，所以衍射性能类似于体光栅，具有体光栅的布拉格衍射效应，这一点与普通的表面浅刻蚀平面光栅完全不同。高密度矩形深刻蚀光栅的衍射理论，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。但据我们所知，目前为止，还没有人针对常用的800纳米波段给出宽带高效率高密度深刻蚀熔融石英透射光栅的设计参数。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对常用800纳米波段的红光，提供一种宽带高效率熔融石英透射偏振相关光栅，该光栅在尽可能保持高效率特性的同时扩展其带宽，且要求其衍射效率在波长800纳米附近尽可能相近。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于800纳米波段的宽带高效率熔融石英透射偏振相关光栅，光栅的占空比为0.5，其特点在于对于TE偏振光该光栅的周期为680～720纳米、刻蚀深度为1150～1250纳米；对于TM偏振光该光栅的周期为870～890纳米、刻蚀深度为1270～1630纳米。

本发明的依据如下：

图1显示了宽带高效率高密度矩形深刻蚀石英光栅的几何结构。区域1、2都是均匀的，分别为空气(折射率n₁＝1)和熔融石英(折射率n₂，随入射波长存在色散变化)。光栅矢量K位于入射平面内。TE偏振入射光对应于电场矢量的振动方向垂直于入射面，TM偏振入射光对应于磁场矢量的振动方向垂直于入射面。入射光以800纳米波长利特罗配置(可以表示为θ＝arcsin(400/Λ/n₁)，入射角随光栅周期改变而改变)入射到光栅面上时，该光栅可以分别对TE偏振光或TM偏振光实现宽带高效率-1级衍射。