[发明专利]一种宽光谱金属介质膜光栅及其优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于飞秒啁啾脉冲放大系统的宽光谱介质膜光栅，尤其涉及一种用于中心波长为1053纳米的飞秒激光脉冲放大系统的宽光栅高衍射效率金属介质膜光栅及其优化方法，属于衍射光栅技术领域。

背景技术

获得超短超强激光脉冲的啁啾脉冲放大技术的性能(Chirped-pulse amplification，CPA)主要取决于脉宽压缩光栅，作为CPA系统中核心元件的衍射光栅必须具有尽可能高的衍射效率和高的抗激光损伤阈值，其使用波长为1053纳米和TE模式。

设计和制备高衍射效率、高损伤阈值和宽光谱的脉宽压缩光栅一直是CPA技术的重要研究方向。

镀金光栅(Metal grating)虽然工作带宽相对较宽，但具有较强的吸收特性，很难获得高的衍射效率和抗激光损伤阈值。

多层介质膜光栅(Multi-layer dielectric grating，MDG)具有高的衍射效率和高的抗激光损伤阈值等优点，但是由于多层介质膜的干涉作用，其工作带宽仅仅局限于几十个纳米范围，其带宽远远不能满足飞秒激光对脉宽压缩光栅宽光谱的要求。

目前，现有技术中有的采用全介质多层膜的办法，通过对多层介质反射膜膜层结构以及光栅层的周期、占空比、槽深等参数进行优化，在1053纳米波长处可以获得衍射效率97％以上的带宽为100nm，这远不能满足飞秒激光对宽光谱高衍射效率的要求。

为了扩展光栅的工作带宽和衍射效率，金属介质膜光栅成为主要的研究方向。金属介质膜光栅(Metal Multi-layer dielectric grating，MMDG)充分结合了金属的宽光谱和介质膜光栅的高衍射效率特性，通过对金属介质膜反射镜结构以及表面光栅结构进行优化设计是获得宽光谱高衍射效率脉宽压缩光栅有效方式。

发明内容

本发明的目的是提供一种宽光谱金属介质膜光栅及其优化方法，更具体的说，是提供一种中心波长为1053纳米的TE模式使用条件下的宽光谱高衍射效率的金属介质膜光栅及其优化方法，以满足飞秒激光对宽光谱高衍射效率的要求。

本发明的技术方案如下：

一种宽光谱金属介质膜光栅，其特征在于：该光栅从下至上依次由基底、金属Ag膜、SiO₂介质膜、HfO₂介质膜、TiO₂介质膜、剩余膜层以及表面光栅结构；SiO₂介质膜、HfO₂介质膜和TiO₂介质膜依次组成多层介质膜；金属Ag膜和多层介质膜组成高反射膜；光栅的周期为1480线/mm，光栅槽深为290纳米，剩余膜层的厚度为10nm，占空比为0.28，入射角度为60°。

本发明所述的多层介质膜结构为(LHT)²，其中L表示SiO₂介质膜，H表示HfO₂介质膜，T表示TiO₂介质膜，所述三种介质膜的光学厚度均为参考波长720nm的四分之一。所述的表面光栅结构和剩余膜层的材料均为HfO₂。

本发明还提供了一种宽光谱金属介质膜光栅的优化方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

1)定义宽光谱金属介质膜光栅衍射效率光谱特性数值评价函数：