[发明专利]1064纳米波段的亚波长熔融石英透射偏振分束光栅

说明书

技术领域

本专利涉及一种熔融石英透射偏振分束光栅器件，特别是一种自准直角设置的1064纳米波段亚波长熔融石英偏振分束光栅。

背景技术

1064纳米波段是高强度激光系统的常见光源波长之一，广泛应用于工业、国防和科研领域。在激光系统中常常要用到偏振光分束器，偏振光分束器要求具备高的消光比与衍射效率，宽的角度适应范围和工作波长，性能稳定可靠，不易损伤等。传统的偏振光分束器通常由双折射晶体或多层介质膜等具有二向色性的物质构成，双折射晶体体积大、效率低，无法满足光学系统小型化、集成化和高效化的要求，而多层介质膜偏振分束器虽然效率高，但制作工艺复杂，易损伤。随着微加工技术的深入发展，研究人员逐渐发现光栅周期小于入射光波长的亚波长光栅具有优良的偏振特性，且体积小、效率高、易集成，受到人们的广泛关注。张亮等人报道了基于铝金属的亚波长矩形光栅的偏振光分束器的设计【在先技术1：张亮，等，2006中国激光，33467】，由于金属光栅层对激光强吸收产生的热效应，使金属光栅在高强度激光下工作容易被损伤，不能用于强激光系统。熔融石英由于低的吸收系数，热稳定性好，具有高的抗损伤域值，是制备高强度激光偏振分束器的理想材料，王博等人对1550纳米波长的深刻蚀石英光栅偏振分束器的设计进行了报道【在先技术2：Wang B et al.，2007OpticsLetters 32 1299】。

亚波长熔融石英光栅是利用微细加工法，在熔融石英基底上加工出光栅周期小于工作波长的亚波长光栅。由于周期小于入射光波长，即工作波长，光栅只存在-1级和0级衍射，通过对光栅参数进行优化设计，可使光栅具有优良的偏振分束性能。亚波长光栅的衍射特性的计算分析，不能采用标量衍射理论，而必须采用矢量光栅电磁理论。矢量光栅电磁理论是基于麦克斯韦方程并结合光栅边界条件，通过计算机仿真进行精确的求解。Moharam等人已给出了基于矢量光栅电磁理论的严格耦合波理论的算法【在先技术3：Moharam MG et al.，1995J.Opt.Soc.Am.A 121077】，可以解决这类亚波长熔融石英光栅的衍射问题。在先技术4【授权发明专利号：2006100234207】给出了实现偏振分束的深刻蚀矩形光栅装置，在先技术5【授权发明专利号：200510026558.8】给出了基于1053纳米波段的石英透射光栅装置。据我们所知，目前没有人针对1064纳米波段给出亚波长熔融石英透射偏振分束光栅。因此能够实现具有高消光比和衍射效率、宽入射角和工作波长的亚波长石英透射偏振分束光栅，将具有重要的实用意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的1064纳米波段亚波长熔融石英透射偏振分束光栅，该光栅可以将TE、TM两种偏振模式相互垂直的一束光分解为TE偏振(电矢量平行于光栅刻槽)和TM偏振(电矢量垂直于光栅刻槽)不同传输方向的两束线偏振光。对1064nm波长的入射光，-1级与0级透射衍射效率分别超过84％和96％，透射消光比均高于20dB。本发明的1064纳米波段的亚波长熔融石英透射偏振分束光栅，可以大批量、低成本的生产，刻蚀后的光栅偏振分束特性优良，性能稳定可靠。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于1064纳米波段的亚波长熔融石英透射偏振分束光栅，其特征在于该光栅的周期为604纳米-624纳米、刻槽深度为1.32微米-1.42微米、光栅占空比，即光栅脊与光栅周期之比为0.5。

所述的1064纳米波段的亚波长熔融石英透射偏振分束光栅的周期为614纳米，刻槽深度为1.37微米。

本发明的依据如下：