[发明专利]高效率斜双层光栅

说明书

技术领域

本发明涉及透射光栅，特别是一种用于1064纳米波长的TE偏振的垂直入射的-1级高效率斜双层光栅。

背景技术

光偏转器是光学系统中的基本元件，在光学系统中有着重要的应用。在光通信、光信息处理、光计算、全息等等系统中有着不可替代的作用。传统的光偏转器，由于工艺复杂，成本昂贵，而且激光破坏阈值不高。今年来兴起的电光晶体作为光偏转，也同样存在着成本高，制造困难等缺点。熔融石英和Ta₂O₅是一种理想的光栅材料，它具有高光学质量：稳定的性能、高损伤阈值和从深紫外到远红外的宽透射谱，并且设计制作的高效率光栅，结构简单，工艺流程简单。因此，刻蚀高密度深刻蚀光栅作为新型的光偏转器件具有广泛的应用前景。对于高密度光栅，一种较为常见的光入射方式是垂直入射，即入射角是零度。

Anduo Hu等人设计了一种布拉格角入射下的高效率反射式石英-1级高效率衍射光栅【在先技术1：Anduo Hu et al.,J.Opt.14,055705(2012)】。以上光栅是基于在布拉格角入射的矩形反射式光栅，当光垂直的照在斜双层光栅上，由于斜双层光栅在结构上存在不对称的特性，透射光能量会存在不对称分布，同时斜双层光栅具有更多的设计自由度，可以实现-1级高效率的透射。

斜双层光栅是利用微电子深刻蚀工艺，在基底上加工出的具有倾斜槽形的光栅。高密度倾斜光栅的衍射理论，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1064纳米波长实现垂直入射-1级高效率透射的设计。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于1064纳米波长的TE偏振的垂直入射的-1级高效率斜双层光栅。当TE偏振光垂直入射时，该光栅可以使入射光能量主要分布在-1级透射光上，-1级透射光的最高效率大于98%。因此，该光栅具有重要的实用价值。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于1064纳米波长的TE偏振垂直入射-1级高效率斜双层光栅，其特征在于光栅的光栅周期为950～954纳米，脊宽为441～445纳米，倾斜角68～69度，光栅总深度为2046～2050纳米。

最佳的光栅的周期为952纳米，光栅倾斜角为68.75度，脊宽为443纳米，光栅总深度为2048纳米。

本发明的技术效果如下：

特别是当光栅的光栅周期为952纳米，光栅倾斜角为68.75度，脊宽为443纳米，光栅总深度为2048纳米。-1级透射光的衍射效率最大值大于98%。本发明具有使用灵活方便、均匀性较好、衍射效率较高等优点，是一种非常理想的衍射光学元件，利用电子束直写装置结合微电子深刻蚀工艺，可以大批量、低成本地生产，刻蚀后的光栅性能稳定、可靠，具有重要的实用前景。

附图说明

图1是本发明1064纳米波长的TE偏振的垂直入射的-1级高效率斜双层光栅的几何结构。

图中，1代表入射光，2代表出射光，3代表折射率为n₁=1的均匀区域，4代表第一层光栅区域（折射率为n_r1），5代表第二层光栅区域（折射率为n_r2），6代表折射率为n₂=1.45的均匀区域。d为光栅周期，b为脊宽，h为光栅深度，θ为光栅倾斜角。

图2是本发明要求范围内-1级高效率斜双层光栅（石英的折射率为1.45，Ta₂O₅的折射率为2）光栅周期为952纳米，光栅总深度为2048纳米，脊宽为443纳米，倾斜角为68.75度，衍射效率随波长变化的曲线。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。