專利名稱：高效率金屬介電反射光柵的設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及反射式光柵，特別是一種工作在利特羅角-1級的高效率金屬介電反射光柵的設(shè)計方法。
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。金屬光柵、多層膜介電光柵、金屬介電光柵等反射式光柵均可以實現(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較低，因此不適合應(yīng)用于高能激光系統(tǒng)中。從結(jié)構(gòu)上看，多層介電膜光柵和金屬介電光柵都是在頂部介質(zhì)層刻蝕光柵槽，由刻蝕的光柵槽實現(xiàn)對入射光的衍射， 底部的多層介電膜或金屬膜實現(xiàn)對透過頂部光柵層的光的反射。Hongbo Wei等人分析了全介電反射光柵的物理機制，發(fā)現(xiàn)-ι級高效率條件是頂部透射光柵的兩個衍射級次振幅相等并且位相相差90度，給出了相應(yīng)的物理解釋參見在先技術(shù)1 =Hongbo Wei et al., Appl. Opt. 42,6255-6260(2003)。因此，反射的設(shè)計可以分成頂部透射光柵的設(shè)計和和底部高反鏡的設(shè)計兩個部分。-1級高效率光柵通常需要較高密度的光柵密度。對于高密度光柵的衍射不能由簡單的標(biāo)量光柵理論來計算，而必須采用矢量形式的麥克斯韋方程并結(jié)合邊界條件，通過編碼的計算機程序精確地計算出結(jié)果。通常采用的嚴(yán)格耦合波分析或者模式方法來計算高密度光柵的衍射問題。在設(shè)計-1級高效率反射光柵時，由于涉及到光柵周期、深度、占空比等多個參數(shù)，需要結(jié)合模擬退火、遺傳算法等來優(yōu)化光柵的參數(shù)。這些數(shù)值計算方法雖然可以實現(xiàn)很高的精度，但是掩蓋了光柵衍射現(xiàn)象中的物理圖像，而且需要消耗大量的時間。 對于透射光柵的設(shè)計而言，除了嚴(yán)格的數(shù)值方法外，還有簡化模式方法參見在先技術(shù)2: T. Clausnitzer et al. , Opt. Express. 13,10448-10456(2005)；在先技術(shù)3 :Jijun Feng et al.，Opt. Commun. 281,5698-5301 (2008)。然而對于反射光柵的設(shè)計，尚未見到有簡化的設(shè)計方法。因此，尋找一種簡化的方法設(shè)計-1級高效率反射光柵具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高效率金屬介電反射式光柵的設(shè)計方法。該方法將金屬介電反射光柵分為透射光柵和由連接層、金屬層組成的高反射率的反射鏡兩部分，利用簡化模式方法選擇光柵的深度和占空比，根據(jù)高反射率的條件選擇連接層的厚度。該方法具有物理概念清晰，簡單適用的優(yōu)點。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種高效率的金屬介電反射光柵的設(shè)計方法，該金屬介電反射光柵的結(jié)構(gòu)包括在基底上依次鍍上鉻膜層、金膜層和熔融石英膜層，在所述的熔融石英膜層上刻蝕矩形槽光柵，其中未被刻蝕的熔融石英層為連接層，特征在于該方法包括下列步驟①該方法將反射式光柵分為頂部具有的熔融石英透射光柵和由連接層、金膜層、鉻膜層、基底組成的高反射率的反射鏡兩個部分，采用簡化模式方法利用下列公式計算所述的透射光柵的深度權(quán)利要求
1. 一種高效率的金屬介電反射光柵的設(shè)計方法，該金屬介電反射光柵的結(jié)構(gòu)包括在基底(4)上依次鍍上鉻膜層(3)、金膜層( 和熔融石英膜層(1)，在所述的熔融石英膜層 (1)上刻蝕矩形槽光柵，其中未被刻蝕的熔融石英層為連接層，特征在于該方法包括下列步驟①該方法將反射式光柵分為頂部具有的熔融石英透射光柵和由連接層、金膜層(2)、鉻膜層(3)、基底(4)組成的高反射率的反射鏡兩個部分，采用簡化模式方法利用下列公式計算所述的透射光柵的深度、
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的效率的金屬介電反射光柵的設(shè)計方法，其特征在于所述的寬帶高效率反射光柵的占空比f由模式方法給出的0模和1模有效折射率差nQeff-nleff隨光柵占空比和入射波長變化的等高線圖所確定。
全文摘要
一種高效率金屬介電反射光柵的設(shè)計方法，金屬介電光柵的結(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。將金屬介電反射光柵分為頂部透射光柵和由連接層、金屬層、基底組成的高反射率的反射鏡兩個部分。使用簡化模式方法給出計算頂部光柵深度，計算寬帶高效率所需的占空比。根據(jù)干涉原理選擇連接層的厚度，以實現(xiàn)反射鏡的最大反射率。該方法具有物理圖像清晰，簡單適用的優(yōu)點，對于-1級高效率的金屬介電反射光柵及多層介電膜反射光柵的設(shè)計均具有指導(dǎo)作用。
文檔編號G02B5/18GK102495442SQ20111035643
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者周常河, 胡安鐸 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所