一种1064纳米波段偏振无关高效率二维反射达曼光栅，其结构为熔融石英基底上依次镀上三氧化二铝膜、金膜、三氧化二铝膜和熔融石英膜，介于金膜与熔融石英膜之间的氧化铝膜为连接层，在熔融石英膜层上刻蚀矩形槽光栅。其光栅周期1917～1927纳米，归一化相位突变点坐标为0.265～0.275，光栅深度为730～740纳米，连接层厚度92～102纳米。本发明专利技术达曼光栅在TE或TM偏振光垂直入射时，可以实现中心波长1064纳米波段2×2分束，总衍射效率基本大于85％。该达曼光栅由光学全息记录技术或激光直写装置结合微电子深刻蚀工艺以及镀膜技术加工而成,取材方便,造价小,能大批量生产,具有重要的实用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及反射式光栅，特别是一种1064纳米波段偏振无关高效率二维反射达 曼光栅。
技术介绍
光栅是光学系统中的基本元件，已经成为了现代光学技术中一种十分重要的光学 元件，在科学研宄和国民经济中都扮演着重要的角色。达曼光栅是一种可以将入射单色光 在傅里叶变换的远场处高效率地生成均匀光强点阵的二值位相光栅。正交二值位相光栅， 由于其具有设计简单、制作工艺成熟、无需精确套准等优点，因而被广泛使用。二维光栅在 三维位移测量系统、三维扫描成像系统中都有着十分重要的作用。由于传统的反射光栅存 在衍射效率较低、损耗大、加工难度大等不足，限制了反射光栅的应用。熔融石英是一种理 想的光栅材料，它具有高光学质量，由恪融石英加工金属介电光栅，可以实现很高的衍射效 率。上海光机所胡安铎等人设计了一种一维偏振无关宽带反射光栅，在TE和TM偏振光在 中心波长SOOnm对应的利特罗角入射的情况下，该光栅可以实现-1级高效率衍射【在先技 术 1，【申请号】201110456924. 9】。 周常河等人已经给出了传统达曼光栅位相突变点的数值解【在先技术2 :Zhou C，Liu L. Applied optics. 34(1995)】。但是高密度光栅的衍射不能由简单的标量光栅衍 射方程来解释，而必须采用矢量形式的麦克斯韦方程并结合边界条件，通过编码的计算机 程序精确地计算出结果。Moharam等人已给出了严格親合波理论的算法【在先技术3 :M. G Moharam et al.，J. Opt. Soc. Am. A. 12,1077(1995)】，可以解决这类高密度光栅的衍射问 题。利用、结合严格耦合波分析及模拟退火算法，优化设计该二维反射达曼光栅。据我们所 知，目前为止，还没有人针对常用1064纳米波段给出制作的金属膜介电光栅的二维偏振无 关高效率反射达曼光栅。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种1064纳米波长的偏振无关高效率二维反射 达曼光栅。当TE或TM偏振光垂直入射时，该光栅可以使入射光分成四束反射光，实现反射 光的总衍射效率大于85%。因此，该反射光栅具有重要的实用价值。 本专利技术的技术解决方案如下： 一种适用于中心波长1064纳米波段的偏振无关高效率二维反射达曼光栅，其特 点在于该二维反射达曼光栅是在熔融石英基底上依次镀上100纳米三氧化二铝膜、128纳 米金膜、三氧化二铝膜和熔融石英膜，其中三氧化二铝膜为连接层，在所述的熔融石英膜上 刻蚀矩形槽光栅，该二维反射达曼光栅二维的周期相同且为1917~1927纳米，达曼光栅相 位突变点的坐标为归一化周期的〇. 265~0. 275,光栅深度为730~740纳米，连接层厚度 为92~102纳米。 所述的光栅的周期为1922纳米，达曼光栅相位突变点的坐标为归一化周期的 0. 27,光栅的刻蚀深度为734纳米，连接层厚度为97纳米。 本专利技术的技术效果如下： 特别是该光栅的周期为1922纳米，归一化相位突变点坐标为0. 27,光栅的刻蚀深 度为734纳米，连接层厚度为97纳米，该光栅反射光的总效率大于85%。利用激光直写装 置，可以大批量、低成本地生产。刻蚀深度较小，易加工，光栅性能稳定、可靠，具有重要的实 用前景。本专利技术具有使用灵活方便、衍射效率较高等优点，是一种非常理想的衍射光学元 件。【附图说明】图1是本专利技术1064纳米波长的偏振无关高效率二维反射达曼光栅的简化一维光 栅几何结构图。 其中，1代表熔融石英区域（折射率为h)，2代表三氧化二铝膜区域（折射率为 n2)，3代表金膜区域（折射率为n3)，4代表三氧化二铝膜区域（连接层，折射率为n 2)，5代 表恪融石英基底区域（折射率％)，6代表垂直入射光，7、8分别代表±1级衍射光。X1代表 X方向位相突变点，d代表光栅周期，匕代表光栅刻蚀深度，h。代表连接层厚度，h 8代表金膜 厚度。 图2是本专利技术1064纳米波长的偏振无关高效率二维反射达曼光栅的几何结构。图 中d代表光栅周期，X1代表X方向相位突变点，y i代表y方向相位突变点。黑色区域代表 未刻蚀部分，即光栅脊；白色区域代表刻蚀区域，即光栅槽。 图3是本专利技术1064纳米波长的偏振无关高效率二维反射达曼光栅的周期为1922 纳米，归一化突变点坐标为0. 27,光栅的刻蚀深度为734纳米，连接铬层厚度为97纳米，金 膜厚度为128纳米，TE或TM偏振光垂直入射时，单级衍射效率随波长变化的曲线。由于垂 直入射，四个级次的光强相等。【具体实施方式】 下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范 围。 本专利技术一种用于中心波长为1064纳米波段的偏振无关高效率二维反射达曼光 栅，其结构为熔融石英基底5上依次镀上100纳米三氧化二铝膜4) 128纳米金膜3、三氧化 二铝膜2和熔融石英膜1，三氧化二铝膜2为连接层，在熔融石英膜1上刻蚀矩形槽光栅。该 光栅周期1917~1927纳米，归一化相位突变点坐标为0. 265~0. 275,光栅深度为730~ 740纳米，连接层厚度92~102纳米。 在图1所示的光栅结构下，本专利技术采用严格耦合波理论【在先技术3】可以得到一 组1X2的达曼光栅归一化相位突变点的坐标解。将此解分别应用于x、y轴，即可得到一 组2X2的光栅解，得到的二维光栅结构如图2,并计算偏振无关高效率二维反射达曼光栅 在1064纳米波段的衍射效率。 表1给出了本专利技术一系列实施例，表中d为光栅周期，X1为归一化突变点坐标，h i 为光栅深度，h2为光栅连接层厚度，λ为入射波波长，q TE、q "分别为te、tm偏振光的总衍 射效率。在制作本专利技术用于1064纳米波长的偏振无关高效率二维反射达曼光栅的过程中， 由表1可知，当光栅的光栅周期1917~1927纳米，归一化突变点坐标为0. 265~0. 275,光 栅深度为730~740纳米，连接层厚度92~102纳米时，可以实现二维分束且总衍射效率 基本尚于85%。 本专利技术1064纳米波长的偏振无关高效率二维反射达曼光栅，具有使用灵活方便、 衍射效率较高等优点，是一种非常理想的衍射光学元件，多光束激光直写装置结合自感应 耦合等离子深刻蚀工艺以及镀膜技术加工而成，可以大批量、低成本地生产，刻蚀后的光 栅性能稳定、可靠，具有重要的实用前景。 表1入射光垂直入射时衍射效率。【主权项】1. 一种1064纳米波段偏振无关高效率二维反射达曼光栅，其特征在于该二维反射达 曼光栅是在熔融石英基底（5)上依次镀上100纳米三氧化二铝膜（4)、128纳米金膜（3)、三 氧化二铝膜（2)和熔融石英膜（1)，其中三氧化二铝膜（2)为连接层，在所述的熔融石英膜 (1)上刻蚀矩形槽光栅，该二维反射达曼光栅二维的周期相同且光栅周期为1917~1927纳 米，达曼光栅相位突变点的坐标为归一化周期的〇. 265~0. 275,光栅深度为730~740纳 米，连接层厚度为92~102纳米。2. 根据权利要求1所述的偏振无关高效率二维反射达曼光栅，其特征在于所述的光栅 的周期为1922纳米，达曼光栅相位突变点的坐标为归一化周期的0. 27,光栅的刻蚀深度为 734纳米，连接层厚度为97纳米。【专利摘要】一种1064本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种1064纳米波段偏振无关高效率二维反射达曼光栅，其特征在于该二维反射达曼光栅是在熔融石英基底(5)上依次镀上100纳米三氧化二铝膜(4)、128纳米金膜(3)、三氧化二铝膜(2)和熔融石英膜(1)，其中三氧化二铝膜(2)为连接层，在所述的熔融石英膜(1)上刻蚀矩形槽光栅，该二维反射达曼光栅二维的周期相同且光栅周期为1917～1927纳米，达曼光栅相位突变点的坐标为归一化周期的0.265～0.275，光栅深度为730～740纳米，连接层厚度为92～102纳米。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周常河，王津，麻健勇，曹红超，卢炎聪，项长铖，孙竹梅，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31
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