Tm偏振的垂直入射石英1×2分束的雙層錯(cuò)移光柵的制作方法
【專利摘要】一種用于1064納米波長的TM偏振的垂直入射石英1×2分束的雙層錯(cuò)移光柵，由光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的上光柵和下光柵相對(duì)錯(cuò)移構(gòu)成，上光柵和下光柵緊密結(jié)合無間隔，該上光柵和下光柵的光柵周期為1326～1329納米，脊寬為609～612納米，偏移量為177～179納米，總的光柵深度為2016～2018納米，當(dāng)TM偏振光垂直入射時(shí)，其透射光總的衍射效率可高于96%，分束器的均勻性優(yōu)于3.10%。本發(fā)明TM偏振的垂直入射的石英雙層錯(cuò)移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】TM偏振的垂直入射石英1 X2分束的雙層錯(cuò)移光柵
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及透射石英光柵，特別是一種用于1064納米波長的TM偏振的垂直入射石英1X2分束的雙層錯(cuò)移光柵。
【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。傳統(tǒng)的分束器，由于工藝復(fù)雜，成本昂貴，而且激光破壞閾值不高。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(jiǎn)單，工藝流程簡(jiǎn)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器件具有廣泛的應(yīng)用前景。對(duì)石英光柵，一種較為常見的光入射方式是垂直入射，即入射角是零度。
[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熔石英1X3分束偏振無關(guān)光柵【在先技術(shù)I:J.Feng et al.，Appl.0pt.47，6638-6643 (2008)】。以上光柵是基于在布拉格角入射的矩形光柵，當(dāng)光垂直的照在雙層錯(cuò)移光柵上，由于雙層光柵在結(jié)構(gòu)上存在不對(duì)稱的特性，透射光能量會(huì)存在不對(duì)稱分布，可以實(shí)現(xiàn)垂直入射1X2分束器。
[0004]雙層光柵是利用微電子深刻蝕工藝，在基底上加工出的具有雙層槽形的光柵。高密度雙層光柵的衍射理論，不能由簡(jiǎn)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 在熔融石英基片上實(shí)現(xiàn)垂直入射的石英I X 2分束雙層錯(cuò)移光柵的設(shè)計(jì)。

【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TM偏振的垂直入射石英1X2分束的雙層錯(cuò)移光柵。該光柵具有重要的實(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TM偏振的垂直入射的石英1X2分束雙層錯(cuò)移光柵，該結(jié)構(gòu)由光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的上光柵和下光柵相對(duì)錯(cuò)移構(gòu)成的，上光柵和下光柵緊密結(jié)合無間隔，該上光柵和下光柵的光柵周期為1326~1329納米，脊寬為609~612納米，雙層錯(cuò)移光柵的偏移量為177~179納米，總的光柵深度為2016~2019納米。
[0008]最佳的光柵周期為1327.5納米，偏移量為178納米，脊寬為610.6納米，總的光柵深度為2017納米。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)效果如下:
[0010]特別是當(dāng)光柵的光柵周期為1327.5納米，偏移量為178納米，脊寬為610.6納米，總的光柵深度為2017納米?？偟耐干涔獾难苌湫首畲笾荡笥?6%，分束器的均勻性優(yōu)于3.10%。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，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。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明1064納米波長的TM偏振的垂直入射石英1X2分束的雙層錯(cuò)移光柵的幾何結(jié)構(gòu)。
[0012]圖中，I代表入射光,2、3代表TM偏振模式下的出射光,4代表上層光柵(折射率為η), 5代表下層光柵(折射率為n)。d為光柵周期，b為脊寬，h為光柵深度，c為偏移量。
[0013]圖2是本發(fā)明要求范圍內(nèi)-1級(jí)高效率透射的石英光柵(石英的折射率為1.45)的光柵周期為1327.5納米，偏移量為178納米，脊寬為610.6納米，總的光柵深度為2017納米， 上下光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)相同，衍射效率隨波長變化的曲線。
【具體實(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1064納米波長的TM偏振的垂直入射石英I X 2分束的雙層錯(cuò)移光柵的幾何結(jié)構(gòu)。圖中，區(qū)域4、5都是熔融石英(折射率n=1.45)。由圖可見，本發(fā)明用于波長為1064納米波長的TM偏振的垂直入射石英1X2分束的雙層錯(cuò)移光柵，該光柵的光柵周光柵周期為1327.5納米，偏移量為178納米，脊寬為610.6納米，總的光柵深度為2017納米，上下光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)相同。
[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)2】計(jì)算雙層石英光柵在1064納米波段的衍射效率。我們利用嚴(yán)格耦合波理論【在先技術(shù)2】得到光柵初始結(jié)構(gòu)，并采用模擬退火法則【在先技術(shù)3:W.GofTe et al.，J.Econometrics60, 65-99 (1994)】進(jìn)行優(yōu)化,從而得到這種石英1X2分束的雙層錯(cuò)移光柵。
[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,b為脊寬，h為光柵深度，λ為入射波長，c為偏移量，η為衍射效率，t為均勻性。在制作本發(fā)明用于1064納米波長的TM偏振的垂直入射石英1X2分束的雙層錯(cuò)移光柵的過程中，適當(dāng)選擇光柵周期、脊寬，偏移量和刻蝕深度就可以在一定的帶寬內(nèi)得到高衍射效率。
[0018]圖2是本發(fā)明總的衍射效率隨波長變化的曲線。
[0019]本發(fā)明的1064納米波長的TM偏振的垂直入射石英1X2分束的雙層錯(cuò)移光柵，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1垂直入射時(shí)不同波長的TM偏振光總的衍射效率和分束器均勻性t，脊寬為b，h為總的光柵深度，d為光柵周期，c為偏移量。
[0021]
【權(quán)利要求】
1.一種用于1064納米波長的TM偏振的垂直入射石英1X2分束的雙層錯(cuò)移光柵，特征在于其是由光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的上光柵和下光柵相對(duì)錯(cuò)移構(gòu)成的，上光柵和下光柵緊密結(jié)合無間隔，該上光柵和下光柵的光柵周期為1326?1329納米，脊寬為609?612納米，上光柵和下光柵的偏移量為177?179納米，總的光柵深度為2016?2019納米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TM偏振垂直入射石英1X2分束的雙層錯(cuò)移光柵，其特征在于所述的上光柵和下光柵的光柵周期為1327.5納米，偏移量為178納米，脊寬為610.6納米，總的光柵深度為2017納米。
【文檔編號(hào)】G02B5/18GK103630960SQ201310566835
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月14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