Te偏振的石英1×2分束斜光柵的制作方法
【專利摘要】一種用于1064納米波長的TE偏振的石英1×2分束斜光柵，該分束光柵的光柵周期為798～802納米，傾斜角為14～16度，脊深為755～759納米，占空比為0.5。當(dāng)TE偏振光在一級(jí)布拉格角入射（23.41度）時(shí)，其透射光將分成等強(qiáng)度的2束光，這2束光總的衍射效率大于98%，并且其均勻性優(yōu)于3%。本發(fā)明TE偏振傾斜石英1×2分束光柵由電子束直寫裝置結(jié)合微電子深刻蝕工藝加工而成，取材方便，造價(jià)小，能大批量生產(chǎn)，具有重要的實(shí)用前景。
【專利說明】TE偏振的石英1 X 2分束斜光柵
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及透射分束光柵，特別是一種用于1064納米波長的TE偏振的石英1X2分束斜光柵。
【背景技術(shù)】
[0002]分束器是光學(xué)系統(tǒng)中的基本元件，在光學(xué)系統(tǒng)中有著重要的應(yīng)用。在光通信、光信息處理、光計(jì)算、全息等等系統(tǒng)中有著不可替代的作用。由于傳統(tǒng)的多層膜結(jié)構(gòu)分束器工藝復(fù)雜，成本昂貴，而且激光破壞閾值不高，因此限制多層膜結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用。熔融石英是一種理想的光柵材料，它具有高光學(xué)質(zhì)量:穩(wěn)定的性能、高損傷閾值并且由熔融石英設(shè)計(jì)制作高效率分束光柵，結(jié)構(gòu)簡單，工藝流程簡單。因此，刻蝕高密度深刻蝕熔融石英光柵作為新型的分束器件具有廣泛的應(yīng)用前景。對(duì)于傾斜石英光柵，由于其布拉格角可以隨著傾斜角的變化而變化，可以根據(jù)實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)來設(shè)計(jì)所需的傾斜角，這樣可以使傾斜光柵更方便的應(yīng)用在光學(xué)系統(tǒng)中。
[0003]Jijun Feng等人設(shè)計(jì)了一種光垂直入射下的高效率透射式矩形石英偏振無關(guān)1X3分束光柵，其TE與TM波透射效率均高于97%【在先技術(shù)I J.Feng et al.,Appl.0pt.47，6638-6643(2008)】。以上光柵都是基于矩形結(jié)構(gòu)，傾斜光柵不僅可以增加設(shè)計(jì)的靈活性，還可以滿足實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)對(duì)入射角的要求。
[0004]傾斜光柵是利用微電子深刻蝕工藝，在基底上加工出的具有傾斜槽形的光柵。高密度傾斜光柵的衍射理論，不能由簡單的標(biāo)量光柵衍射方程來解釋，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(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I禹合波理論的算法【在先技術(shù)2:M.G.Moharam et al., J.0pt.Soc.Am.A.12，1077(1995)】，可以解決這類高密度光柵的衍射問題。但據(jù)我們所知，目前為止，還沒有人針對(duì)常用1064納米波長給出在熔融石英基片上制作的TE偏振I X 2傾斜分束光柵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于1064納米波長的TE偏振的石英1X2分束斜光柵。當(dāng)TE偏振光在一級(jí)布拉格角入射(23.41度)時(shí)，該光柵可以使入射光分成2束等強(qiáng)度的透射光，這2束透射光的總效率大于98%，并且均勻性優(yōu)于3%。因此，該分束光柵具有重要的實(shí)用價(jià)值。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0007]—種用于1064納米波長的TE偏振的石英1X2分束斜光柵,其特征在于該分束光柵的光柵周期為798~802納米，傾斜角為14~16度，脊深為755~759納米，占空比為
0.5。
[0008]最佳的分束光柵的光柵周期為800納米，傾斜角為15度，脊深為757納米，占空比為 0.5。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)效果如下:[0010]特別是當(dāng)分束光柵的光柵周期為800納米，傾斜角為15度，脊深為757納米，占空比為0.5，該光柵透射光的總效率大于98%，并且均勻性優(yōu)于3%。利用電子束直寫裝置結(jié)合微電子深刻蝕工藝，可以大批量、低成本地生產(chǎn)，刻蝕后的光柵性能穩(wěn)定、可靠，具有重要的實(shí)用前景。本發(fā)明具有使用靈活方便、均勻性較好、衍射效率較高等優(yōu)點(diǎn)，是一種非常理想的衍射光學(xué)元件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明1064納米波長的TE偏振高效率石英I X 2分束斜光柵的幾何結(jié)構(gòu)。
[0012]圖中，I代表區(qū)域I (折射率為nl)，2代表區(qū)域2 (折射率為n2)，3代表入射光，4、5分別代表TE模式下的_1、0級(jí)衍射光。d為光柵周期，h為光柵深度，0in為入射角，Cj5s為傾斜角。
[0013]圖2是本發(fā)明要求范圍內(nèi)一個(gè)實(shí)施例的0、_1級(jí)總衍射效率隨波長變化的曲線?！揪唧w實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0015]先請(qǐng)參閱圖1，圖1是本發(fā)明TE偏振1X2石英分束斜光柵的幾何結(jié)構(gòu)。圖中，區(qū)域1、2都是均勻的，分別為空氣(折射率Ii1=I)和熔融石英(折射率112=1.45)。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，其垂直入射到光柵。由圖可見，本發(fā)明用于波長為1064納米波段的TE偏振石英透射分束斜光柵，該分束光柵的光柵周期為798~802納米，傾斜角為14~16度，脊深為755~759納米，占空比為0.5。
[0016]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)4】計(jì)算了石英斜光柵在1064納米波段的衍射`效率。
[0017]表1給出了本發(fā)明一系列實(shí)施例，表中d為光柵周期，為傾斜角，h為光柵深度，λ為入射波長，Unifromity為2個(gè)端口的衍射均勻性，η為衍射效率。在制作本發(fā)明用于1064納米波長的TE偏振的石英I X 2分束斜光柵的過程中，適當(dāng)選擇光柵周期、傾斜角和刻蝕深度就可以在一定的帶寬內(nèi)得到高衍射效率和均勻性較好的透射1X2分束光柵。
[0018]圖2是本發(fā)明要求范圍內(nèi)一個(gè)實(shí)施例的0、_1級(jí)總衍射效率隨波長變化的曲線。
[0019]本發(fā)明的TE偏振高效率傾斜石英透射分束光柵，具有使用靈活方便、均勻性較好、衍射效率較高等優(yōu)點(diǎn)，是一種非常理想的衍射光學(xué)元件，利用電子束直寫裝置結(jié)合微電子深刻蝕工藝，可以大批量、低成本地生產(chǎn)，刻蝕后的光柵性能穩(wěn)定、可靠，具有重要的實(shí)用前景。
[0020]表1TE偏振光入射時(shí)不同波長的光在2個(gè)端口的總衍射效率和均勻性。
[0021]
【權(quán)利要求】
1.一種用于1064納米波長的TE偏振的石英1X2分束斜光柵,其特征在于該分束光柵的光柵周期為798?802納米，傾斜角為14?16度，脊深為755?759納米，占空比為0.5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TE偏振的石英1X2分束斜光柵，其特征在于所述的分束光柵的光柵周期為800納米，傾斜角為15度，脊深為757納米，占空比為0.5。
【文檔編號(hào)】G02B5/18GK103576220SQ201310473004
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】周常河, 李樹斌 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所