一种透射式脉冲压缩光栅器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种透射式脉冲压缩光栅器件及其制备方法，所述器件包括熔融石英基板，设置在所述熔融石英基板的一个光学表面上的透射式脉冲压缩光栅，其特征在于：在所述熔融石英基板的另一个相对的光学表面上设有高频增透光栅微结构。采用全息光刻结合离子刻蚀转移的方法实现器件的制备。本发明专利技术通过一个器件可以同时实现光束色散和增透，提高了透射式脉冲压缩光栅激光损伤阈值和光能利用率，在超强超快激光领域具有重要应用价值。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，所述器件包括熔融石英基板，设置在所述熔融石英基板的一个光学表面上的透射式脉冲压缩光栅，其特征在于：在所述熔融石英基板的另一个相对的光学表面上设有高频增透光栅微结构。采用全息光刻结合离子刻蚀转移的方法实现器件的制备。本专利技术通过一个器件可以同时实现光束色散和增透，提高了透射式脉冲压缩光栅激光损伤阈值和光能利用率，在超强超快激光领域具有重要应用价值。【专利说明】
本专利技术涉及一种光学元件及其制备方法，具体涉及一种高损伤阈值的透射式脉冲 压缩光栅，及其制备方法。
技术介绍
激光脉冲啁啾放大与压缩技术是实现超强超快激光的重要技术之一，脉冲压缩光 栅被广泛地应用于强激光脉冲压缩系统中。由于脉冲压缩光栅与输出的强激光直接作用， 极易受到激光的物理损伤，因此，如何提高其激光通量和承受能力成为激光器输出脉冲能 量强度的主要瓶颈之一。为解决上述问题，一种途径是提高脉冲压缩光栅的损伤阈值，另一 种途径是增大脉冲压缩光栅口径。显然，增大光栅口径的方法会导致成本和实现难度的显 著增加。 现有技术中，透射式脉冲压缩光栅通常采用在一个熔石英光学表面刻蚀脉冲压缩 光栅，另一光学表面加镀增透膜的技术方案，以提高光能利用率。由于增透膜自身材料以及 薄膜的损伤阈值远小于熔石英材料的损伤阈值，这类石英光栅的光栅损伤阈值受限于所镀 的增透膜。另外，为了减少激光强场作用下体材料中产生的光学非线性效应的不良影响，透 射式脉冲压缩光栅基底的厚度需要很薄，径厚比(器件口径与厚度比）一般会大于50,所镀 增透膜容易引起基板变形，导致脉冲压缩光栅衍射波面变差。光栅基底的径厚比越大，镀膜 引起的基板变形越严重，相应衍射波面更差。 参考文献 chun zhou 等 "Wavefront analysis of high-efficiency， largescale, thin transmission gratings，'Optics Express (2014),为 了减小激光强场作 用下光学非线性效应，透射光栅的基底材料必须很薄，仅为1mm，光栅口径为180mm,径厚比 达到了 180,文中采用镀制增透膜提高光能利用率，由于镀制的增透膜存在应力，径厚比太 大，结果引起基片变形很大，导致光栅衍射波面变差，从而影响输出激光的像差。 因此，有必要考虑对透射式脉冲压缩光栅的结构进行改进，以提高其损伤阈值，降 低其衍射像差。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是提供一种透射式脉冲压缩光栅器件，通过结构改进，提高该 器件的损伤阈值；本专利技术的另一专利技术目的是提供这种脉冲压缩光栅器件的制备方法。 为达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种透射式脉冲压缩光栅器件， 包括熔融石英基板，设置在所述熔融石英基板的一个光学表面上的透射式脉冲压缩光栅， 光栅空频范围800-20001ine/mm，在所述烙融石英基板的另一个相对的光学表面上设有一 维浮雕型高频增透光栅微结构，光栅空频范围2500-60001in e/mm。 上述技术方案中，所述高频增透光栅的光栅空频/>(?ι 0 + 1)/1，式中，λ为使 用波长，沒为入射角。 上述透射式脉冲压缩光栅器件的制备方法，采用熔融石英基板，包括下列步骤： (1) 在熔融石英基板的一个表面上涂布光刻胶，利用全息记录方法，将待制备的透射式 脉冲压缩光栅的图像在光刻胶上曝光，显影后制作获得脉冲压缩光栅的光刻胶掩模； (2) 用离子刻蚀方法将脉冲压缩光栅的光刻胶掩模的微结构转移到熔融石英基板上， 清除剩余的光刻胶掩模，获得具有脉冲压缩光栅微结构的熔融石英基板； (3) 在步骤（2)获得的具有脉冲压缩光栅微结构的熔融石英基板的另一个表面上涂布 光刻胶，利用全息记录方法，制作高频增透光栅微结构的光刻胶掩模； (4) 用离子刻蚀方法将高频增透光栅的光刻胶掩模微结构转移到熔石英基板上，清除 剩余光刻胶掩模，获得所需的透射式脉冲压缩光栅器件。 上述技术方案中，所述脉冲压缩光栅微结构根据使用波长范围和光束在光栅表面 入射角度设计光栅周期、槽深和占空比，实现激光光束一级透射衍射色散；所述高频增透光 栅微结构根据使用波长范围和光束在光栅表面入射角度设计光栅周期、槽深和占空比，实 现零级透射衍射光束增透。 由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点： 本专利技术在烙融石英基材上，一个光学表面刻蚀石英透射脉冲压缩光栅用于实现激光光 束一级透射衍射色散，另一个光学表面制作石英高频透射光栅用于实现零级透射衍射光束 增透，利用高频透射光栅替代传统的增透膜，两种光栅集成在同一熔石英基底上，不仅能提 高脉冲压缩光栅激光光能利用率，由于制作的高频透射光栅没有内应力，不会导致光栅衍 射波面变差。熔融石英材料的激光损伤阈值很高，利用其制作高频透射光栅其抗激光损伤 能力优于传统的镀制的增透膜，实现了提高光栅器件激光损伤阈值的目的，且不会出现脱 膜和膜裂现象。因此，本专利技术在超强超快激光领域具有重要应用价值。 【专利附图】【附图说明】 图1是本专利技术实施例的制备方法使用的全息记录光路示意图； 图2是实施例中的透射式脉冲压缩光栅器件的示意图； 图3是实施例中透射式脉冲压缩光栅一级透射衍射效率图； 图4是实施例中高频增透光栅零级透射效率图； 图5是12501ine/mm脉冲压缩光栅电镜照片； 图6是33001 ine/mm高频增透光栅电镜照片。 其中：1、熔融石英基板；2、透射式脉冲压缩光栅微结构；3、高频增透光栅微结构； 4、入射激光束；5、-1级衍射光束；6、零级透射光束。 【具体实施方式】 下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述： 实施例一：参见附图2所示，一种透射式脉冲压缩光栅器件，包括熔融石英基板1，在所 述熔融石英基板1的一个光学表面上设有透射式脉冲压缩光栅微结构2,在所述熔融石英 基板1的另一个相对的光学表面上设有高频增透光栅微结构3。其电镜照片参见附图5和 附图6所示。 本实施例中，脉冲压缩光栅的使用波长范围为700nm-900nm，TE偏振，中心波长 800nm，光束入射角30度，脉冲压缩光栅空间频率为12501ine/mm，光栅材料熔石英。 如图2所示，入射激光束4在透射式脉冲压缩光栅1处发生一级色散透射，形成的 1级衍射光束5在高频增透光栅微结构3处发生透射，得到零级透射光束6。 透射式脉冲压缩光栅器件的制备方法，包括下列步骤： 1、根据使用波长范围、光束入射角度、光栅周期，利用电磁场理论设计脉冲压缩光栅微 结构。该设计方法为本领域常规方法。设计出光栅槽形以梯形为例，槽深h为1.35um，占 空比为0. 5,光栅的一级透射衍射效率分布如图3所示。在熔融石英基板上光学表面上涂 布光刻胶，利用全息记录方法，制作脉冲压缩光栅的光刻胶掩模。全息记录光路如附图1所 示。入射光经分束器分成两束，分别由两个分光镜反射，两束光各自由扩束器扩束并经透镜 聚焦后，形成两束记录光束，两束记录光束在光刻胶表面形成干涉图案，两束记录光的入射 角为14. 96度，记录光波长413. lnm，经全息曝光记录，显影，制作出光刻胶光栅掩模。 2、用离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种透射式脉冲压缩光栅器件，包括熔融石英基板，设置在所述熔融石英基板的一个光学表面上的透射式脉冲压缩光栅微结构，光栅空频范围800‑2000line/mm，其特征在于：在所述熔融石英基板的另一个相对的光学表面上设有一维浮雕型高频增透光栅微结构，光栅空频范围2500‑6000line/mm。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李朝明，陈新荣，吴建宏，潘君骅，胡祖元，李林，刘麟跃，常增虎，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32