專(zhuān)利名稱(chēng)：寬帶金屬介電反射光柵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及反射式光柵，特別是一種中心波長(zhǎng)為800納米波段的寬帶金屬介電反射光柵。
背景技術(shù)：
在啁啾脈沖放大技術(shù)中，需要具有寬光譜、高效率、高激光破壞閾值的反射式光柵。從反射式光柵的實(shí)現(xiàn)形式看，金屬光柵和多層膜介電柵均可以實(shí)現(xiàn)很高的衍射效率。 然而，金屬光柵雖然能夠在較寬的光譜范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效率，但是金屬固有的吸收特性，使得其激光破壞閾值相對(duì)較低，因此不適合應(yīng)用于高能激光系統(tǒng)中。多層膜結(jié)構(gòu)的介電光柵， 也可以實(shí)現(xiàn)很高的衍射效率，而且具有較高的激光破壞閾值，但是由于多層膜結(jié)構(gòu)的存在， 這種光柵的加工極其困難。此外，由于應(yīng)力的存在，多層介電光柵在真空環(huán)境中使用時(shí)容易破裂，這也為其應(yīng)用帶來(lái)了不便。因此，需要減少膜層的數(shù)量。解決辦法是在多層介電光柵中插入金屬層。J.Neauport等人優(yōu)化設(shè)計(jì)出了梯形槽混合金屬介電光柵，其中使用的高、低折射率膜對(duì)的數(shù)目減少到了 在先技術(shù)1 J. Neauport et al.，Opt. Expressl8, 23776(2010)。Jiangjun Zheng等人在設(shè)計(jì)偏振分束器時(shí)，在介電光柵中插入一層金屬層，實(shí)現(xiàn)了寬帶的高效率的偏振分束在先技術(shù)2 Jiangjun Zheng et al. J. Otp. A =Pure Appl. Opt. 11,015710(2009) ]0與多層膜介電反射光柵相比，這種光柵所使用的膜層的數(shù)量大為減少。上海光學(xué)精密機(jī)械研究所曹紅超等人發(fā)明了金屬嵌入式熔融石英寬帶反射光柵 (申請(qǐng)?zhí)?00910(^4514. 4)可以使TE偏振光-1級(jí)衍射效率在130納米波長(zhǎng)帶寬內(nèi)衍射效率大于90%。高密度光柵的衍射不能由簡(jiǎn)單的標(biāo)量光柵衍射方程來(lái)解釋?zhuān)仨毑捎檬噶啃问降柠溈怂鬼f方程并結(jié)合邊界條件，通過(guò)編碼的計(jì)算機(jī)程序精確地計(jì)算出結(jié)果。Moharam等人已給出了嚴(yán)格耦合波理論的算法在先技術(shù)3 :M. G Moharam et al.，J. Opt. Soc. Am. Α. 12， 1077(19%)。利用嚴(yán)格耦合波分析，可以計(jì)算光柵的衍射效率。結(jié)合嚴(yán)格耦合波分析及模擬退火算法，可以?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)反射光柵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)800納米波長(zhǎng)的激光器提供一種中心波長(zhǎng)為800 納米波段的寬帶金屬介電反射光柵，該光柵可以使TE偏振光在利特羅角入射的情況下的-1級(jí)衍射效率在200納米的波長(zhǎng)帶寬內(nèi)(700 900納米)高于90%。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、寬帶、高效率的優(yōu)點(diǎn)，因此，該反射光柵在高能激光系統(tǒng)的脈沖壓縮中具有重要的實(shí)用價(jià)值。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種用于800納米波段的寬帶金屬介電反射光柵，其特點(diǎn)在于其結(jié)構(gòu)為熔融石英基底上依次分別鍍上鉻膜、金膜和熔融石英膜，在該熔融石英層刻蝕矩形槽光柵，該光柵的周期為800 855納米，占空比為0. 3 0. 4，刻蝕深度為575 595納米，連接層厚度為10 30納米。本發(fā)明的依據(jù)如下圖1顯示了本發(fā)明寬帶金屬介電反射光柵的幾何結(jié)構(gòu)。區(qū)域1、2、3、4都是均勻的， 分別為熔融石英(折射率Ii1 = 1.45)、金膜(折射率 =0. 1808-5. 11731i)、鉻膜(折射率叫=3. 15832-3. 46007 )和熔融石英基底。TE偏振入射光對(duì)應(yīng)于電場(chǎng)矢量的振動(dòng)方向垂直于入射面。入射光從空氣中以角度Qi = SirT1(XAZd))(定義為利特羅角)入射，λ 表示入射波長(zhǎng)，d表示光柵周期。在如圖1所示的光柵結(jié)構(gòu)下，本發(fā)明采用嚴(yán)格耦合波理論在先技術(shù)3計(jì)算了金屬介電反射光柵的-1級(jí)衍射效率隨入射波長(zhǎng)的變化曲線如圖2所示，即當(dāng)光柵的周期為 830納米，占空比為0. 4，刻蝕深度為590納米，連接層厚度為30納米，TE偏振光以利特羅角入射時(shí)，該光柵的-1級(jí)衍射效率在200納米波長(zhǎng)帶寬(700 900納米)內(nèi)大于90%。


圖1是本發(fā)明寬帶金屬介電反射光柵的幾何結(jié)構(gòu)。圖中，1代表熔融石英區(qū)域(折射率為II1)，2代表金膜區(qū)域(折射率為n2)，3代表鉻膜區(qū)域(折射率為n3)，4代表熔融石英基底區(qū)域(折射率Ii1)，5代表TE偏振模式下入射光，6代表TE模式下的-1級(jí)衍射光。θ i為入射角，d為光柵周期，b為光柵脊寬，h,為光柵深度，h。為連接層厚度。圖2是本發(fā)明寬帶金屬介電反射光柵的周期為830納米，占空比為0. 4，刻蝕深度為590納米，連接層厚度為30納米，TE偏振光以利特羅角入射時(shí)，該光柵的-1級(jí)衍射效率隨入射波長(zhǎng)的變化曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明一種用于中心波長(zhǎng)為800納米波段的寬帶金屬介電反射光柵，其結(jié)構(gòu)為熔融石英基底4上依次鍍上145納米鉻膜3、150納米金膜2和熔融石英膜1，在熔融石英層1 刻蝕矩形槽光柵。該光柵的周期為800 855納米，占空比為0. 3 0. 4，刻蝕深度為575 595納米，連接層厚度為10 30納米。表1給出了本發(fā)明一系列實(shí)施例，其中d為光柵周期，f為占空比，、為光柵刻蝕深度，h。為連接層的厚度，Qi為入射角度，λ為入射波長(zhǎng)，η為-1級(jí)衍射效率。由表1可知，當(dāng)光柵的周期為800 855納米，占空比為0. 3 0. 4，刻蝕深度為 575 595納米，連接層厚度為10 30納米時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)200納米波長(zhǎng)帶寬(700 900納米)內(nèi)-1級(jí)衍射效率高于90%。本發(fā)明的寬帶金屬介電反射光柵，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、寬光譜的優(yōu)點(diǎn)，電子束直寫(xiě)裝置結(jié)合微電子深刻蝕工藝，可以大批量、低成本地生產(chǎn)，可應(yīng)用于高能激光系統(tǒng)的脈沖壓縮器中。表ITE偏振光以利特羅角入射時(shí)-1級(jí)衍射效率。
權(quán)利要求
1.一種用于800納米波段的寬帶金屬介電反射光柵，特征在于其結(jié)構(gòu)為熔融石英基底 (4)上依次分別鍍上鉻膜(3)、金膜( 和熔融石英膜(1)，在熔融石英層(1)上刻蝕矩形槽光柵，該光柵的周期為800 855納米，占空比為0. 3 0. 4，刻蝕深度為575 595納米， 連接層厚度為10 30納米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶金屬介電反射光柵，其特征在于所述的光柵的周期為 830納米，占空比為0. 4，光柵的刻蝕深度為590納米，連接層厚度為30納米。
全文摘要
一種適用于中心波長(zhǎng)800納米波段的寬帶金屬介電反射光柵，其結(jié)構(gòu)為熔融石英基底上依次鍍上鉻膜、金膜和熔融石英膜，在熔融石英膜層上刻蝕矩形槽光柵。光柵周期為800～855納米，占空比為0.3～0.4，光柵深度為575～595納米，連接層厚度為10～30納米。TE偏振光以利特羅角入射時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)200納米波長(zhǎng)帶寬內(nèi)(700～900納米)-1級(jí)衍射效率高于90％。本發(fā)明可以由光學(xué)全息記錄技術(shù)或電子束直寫(xiě)裝置結(jié)合微電子深刻蝕工藝以及鍍膜技術(shù)加工而成，取材方便，造價(jià)小，具有重要的實(shí)用前景。
文檔編號(hào)G02B5/18GK102360090SQ20111029795
公開(kāi)日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者周常河, 胡安鐸 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所