掩埋金属型宽带反射光栅及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种掩埋金属型宽带反射光栅，包括衬底，所述衬底上设置有铝膜，所述铝膜上刻蚀有矩形光栅脊，所述矩形光栅脊间及光栅顶部设置有二氧化硅薄膜；本发明专利技术的掩埋金属型宽带反射光栅，结构简单，性能稳定，机械强度好，角度带宽宽，衍射效率高，成本低；本发明专利技术的掩埋金属型宽带反射光栅，在表面覆盖致密平整的二氧化硅薄膜，没有槽型结构，可擦洗。

【技术实现步骤摘要】
掩埋金属型宽带反射光栅及其制作方法
本专利技术涉及反射光栅
，尤其涉及一种掩埋金属型宽带反射光栅。
技术介绍
在啁啾脉冲放大技术中，人们往往需要高衍射效率、较宽波长范围和较高的抗激光损伤能力的衍射光栅。最近，WeiJia等人（W.Jiaetal.,Appl.Opt.47,6058(2008)）在熔融石英上制作出了这种高衍射效率的透射式光栅，其-1级的衍射效率理论上可达98%。但是，在很多应用，比如在光栅调谐窄线宽振荡器、光栅脉冲压缩器等中需要反射式光栅。传统的多层介质光栅以及纯金属光栅虽然可以满足要求，但是多层介质光栅的制作相当复杂、制作成本较高；纯金属的全息光栅以及刻划光栅的机械强度及抗激光损伤能力较弱，不适合用于高功率激光系统。熔融石英是一种理想的光栅材料，它具有稳定的性能、高损伤阈值和从深紫外到远红外的宽透射谱。铝作为一种常用的金属反射膜，其强度和稳定性较好，在红外区的反射率很高，但是暴露在空气中容易氧化。所以常用的金属反射光栅大多以金为薄膜材料。将熔融石英和金材料结合制作反射式光栅。中国专利技术专利公开说明书CN101609176A（公开日为2009.12.23）公开了一种金属嵌入式熔融石英宽带反射光栅，该光栅的周期为450-550纳米，刻蚀深度为700-900纳米，金膜的厚度为380-660纳米，光栅的空占比为0.4。该金属嵌入式熔融石英宽带反射光栅可以使TE偏振光在利特罗入射角的情况下的-1级衍射效率在130纳米（780-910纳米）的波长带宽内高于90%；当在非利特罗入射角的情况下的-1级衍射效率在284纳米（780-1064纳米）的波长带宽内高于80%，该金属嵌入式熔融石英宽带反射光栅在啁啾脉冲压缩技术中具有重要的实用价值。但是采用金作为薄膜材料，制作成本较高，给使用厂家造成经济负担，一定程度上限制了该反射光栅的广泛应用。矩形光栅是利用微电子深刻蚀工艺，在基底上加工出的具有矩形槽形的光栅。高密度矩形光栅的衍射理论，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（M.GMoharametal,J.Opt.Soc.Am.Α.12,1077(1995)）已给出了严格耦合波理论的算法，可以解决这类高密度光栅的衍射问题。
技术实现思路
为了解决现有技术无法同时满足性能稳定，机械强度高和成本低的问题，本专利技术的目的是提供一种掩埋金属型宽带反射光栅。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的第一方面，提供一种掩埋金属型宽带反射光栅，包括衬底，所述衬底上设置有铝膜，所述铝膜上刻蚀有矩形光栅脊，所述矩形光栅脊间及光栅顶部设置有二氧化硅薄膜。优选的是，所述衬底为玻璃或硅。优选的是，所述铝膜厚度为1〜2微米，刻蚀深度为400〜700纳米，光栅顶部二氧化硅厚度为100〜300纳米，光栅周期为500〜600纳米，光栅的占空比为0.4〜0.6。优选的是，所述铝膜厚度为1.6微米，刻蚀深度为400纳米，光栅顶部二氧化硅厚度为160纳米，光栅周期为556纳米，光栅的占空比为0.4。本专利技术的第二方面，提供一种掩埋金属型宽带反射光栅的制作方法，包括如下步骤：S1，在衬底上生长铝膜；S2，在S1的铝膜上刻蚀矩形光栅脊；S3，在S2的矩形光栅脊间及光栅顶部填充二氧化硅薄膜；S4，对S3中的二氧化硅薄膜表面进行抛光。其中，所述S2处理后的铝膜厚度为1〜2微米，刻蚀深度为400〜700纳米。其中，所述S4处理后的光栅顶部二氧化硅厚度为100〜300纳米。其中，所述光栅周期为500〜600纳米，光栅的占空比为0.4〜0.6。优选的是，所述铝膜厚度为1.6微米，刻蚀深度为400纳米，光栅顶部二氧化硅厚度为160纳米，光栅周期为556纳米，光栅的占空比为0.4。优选的是，所述S1中生长铝膜的方法为磁控溅射法，所述S2中的刻蚀方法为等离子刻蚀法，所述S3中的填充方法为化学气相淀积法，所述S4中的抛光方法为化学机械抛光法。与现有技术相比，本专利技术实现的有益效果：（1）本专利技术的掩埋金属型宽带反射光栅，结构简单，性能稳定，机械强度好，角度带宽宽，衍射效率高，成本低；（2）本专利技术的掩埋金属型宽带反射光栅，在表面覆盖致密平整的二氧化硅薄膜，没有槽型结构，可擦洗；（3）本专利技术的掩埋金属型宽带反射光栅在光栅周期为556纳米，铝膜厚度1.6微米，刻蚀深度400纳米，光栅脊上方二氧化硅厚度为160纳米，光栅占空比为0.4时，光栅的-1级TE衍射效率在26°的角度带宽内大于90%；（4）本专利技术的掩埋金属型宽带反射光栅在光栅周期为556纳米，铝膜厚度1.6微米，刻蚀深度400纳米，光栅脊上方二氧化硅厚度为160纳米，光栅占空比为0.4时，当以利特罗角入射时，在235纳米（795〜1030纳米）谱宽范围内的-1级衍射效率均高于90%，在60纳米（940〜1000纳米）谱宽范围内的-1级衍射效率均高于95%；（5）本专利技术的掩埋金属型宽带反射光栅在光栅周期为556纳米，铝膜厚度为1.6微米，刻蚀深度为400纳米，光栅脊上方二氧化硅厚度为160纳米，光栅占空比为0.4时，当以68°入射时，在235纳米（805〜1040纳米）谱宽范围内的-1级衍射效率均达到90%以上，在780-1040纳米范围内的-1级衍射效率均达到85%以上，在880-1040纳米范围内的-1级衍射效率均达到95%以上。附图说明以下结合附图和具体实施方式来进一步详细说明本专利技术：图1是本专利技术掩埋金属型宽带反射光栅的几何结构；图2是本专利技术掩埋金属型宽带反射光栅在980纳米波长下，TE偏振模式的-1级衍射效率随入射角度的变化曲线；图3是在利特罗角入射条件下，本专利技术掩埋金属型宽带反射光栅-1级的衍射效率随入射波长的变化曲线；图4是在68°角度入射条件下，本专利技术掩埋金属型宽带反射光栅-1级的衍射效率随入射波长的变化曲线。其中：衬底1，铝膜2，矩形光栅脊3，二氧化硅薄膜4。具体实施方式如图1所示，一种掩埋金属型宽带反射光栅，在衬底1上设置有铝膜2，铝膜2上刻蚀有矩形光栅脊3，矩形光栅脊3间及光栅顶部设置有二氧化硅薄膜4。该掩埋金属型宽带反射光栅的光栅周期为500〜600纳米，铝膜厚度为1〜2微米，刻蚀深度为400〜700纳米，光栅顶部二氧化硅厚度为100〜300纳米，光栅的占空比为0.4〜0.6。铝膜厚度为1.6微米，刻蚀深度为400纳米，光栅顶部二氧化硅厚度为160纳米，光栅的占空比为0.4时，不同光栅周期随对应的TE偏振模式的-1级衍射效率如表1所示。表1光栅周期衍射效率526nm0.71915159536nm0.90582424546nm0.94023789556nm0.9509073566nm0.95435581568nm0.95461186576nm0.95468752586nm0.95308895596nm0.94984563598nm0.94899977600nm0.94808636由表1可知，当光栅周期在536nm-600nm范围内，TE偏振模式的-1级衍射效率均大于0.9，当光栅周期在556nm-586nm范围内，TE偏振模式的-1级衍射效率均大于0.95。铝膜厚度为1.6微米，光栅周期本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掩埋金属型宽带反射光栅，其特征在于，包括衬底（1），所述衬底（1）上设置有铝膜（2），所述铝膜（2）上刻蚀有矩形光栅脊（3），所述矩形光栅脊（3）间及光栅顶部设置有二氧化硅薄膜（4）。

【技术特征摘要】
1.一种掩埋金属型宽带反射光栅，其特征在于，包括衬底（1），所述衬底（1）上设置有铝膜（2），所述铝膜（2）上刻蚀有矩形光栅脊（3），所述矩形光栅脊（3）间及光栅顶部设置有二氧化硅薄膜（4）。2.如权利要求1所述的掩埋金属型宽带反射光栅，其特征在于，所述衬底（1）为玻璃或硅。3.如权利要求1或2所述的掩埋金属型宽带反射光栅，其特征在于，所述铝膜厚度为1〜2微米，刻蚀深度为400〜700纳米，光栅顶部二氧化硅厚度为100〜300纳米，光栅周期为500〜600纳米，光栅的占空比为0.4〜0.6。4.如权利要求3所述的掩埋金属型宽带反射光栅，其特征在于，所述铝膜厚度为1.6微米，刻蚀深度为400纳米，光栅顶部二氧化硅厚度为160纳米，光栅周期为556纳米，光栅的占空比为0.4。5.一种掩埋金属型宽带反射光栅的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，在衬底（1）上生长铝膜（2）；S2，在S1的铝膜（2）上刻蚀矩形光栅脊（3）；S3，在S2的矩形光栅脊（3）间及光栅顶部填充二...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐建卫，
申请(专利权)人：上海矽越光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31