用于外腔可调谐激光器的宽带透射光栅制造技术

一种用于外腔可调谐激光器的宽带透射光栅，涉及透射光栅，包括一透明材料制成的衬底，所述衬底上设有高折射率材料制成的光栅层，该光栅层折射率为2.71，所述光栅层的周期为0.85‑1微米、刻蚀深度为100‑280纳米，所述光栅层的光栅占空比为0.5。本实用新型专利技术要解决的技术问题是针对1.5‑1.62微米的波长范围，提供一种适用于外腔可调谐激光器的宽带透射光栅，实现P偏振稳定的衍射效率，能满足外腔激光器的宽带稳定可调需求。

【技术实现步骤摘要】
用于外腔可调谐激光器的宽带透射光栅
本技术涉及透射光栅，特别是一种用于外腔可调谐激光器的宽带透射光栅。
技术介绍
1964年，世界上首个外腔半导体激光器的实验被Crowe和Craig验证。1981年，Fleming和Mooradian发表了第一篇详细论述外腔可调谐半导体激光器特性的文章，此后，外腔半导体激光器的研究在全球范围内开始活跃起来。如今，外腔半导体激光器的研究热点已转移到大范围连续调谐、频率稳定和拓展应用等方面，其商品被广泛用于频分复用和相干光通信系统。目前，外腔可调谐半导体激光器已经发展出来了多种结构，虽然各不相同，但它们的设计原则都一样，就是在外腔中插入分光元件，通过调节分光元件与腔外的反馈机构来实现激光波长的调谐。目前比较流行的两种外腔结构是基于光栅的Littrow结构和Littman-Metcalf结构，这两种结构的特点是均采用光栅作为分光元件和反馈机构。应用于外腔可调谐激光器的光栅，要求-1级衍射带宽尽量宽，0级透过或反射率高，以实现宽带可调谐和高效率激光输出。当光栅周期小于波长或者与波长接近时，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等人已给出了严格耦合波理论的算法【在先技术2:M.GMoharametal.，J.Opt.Soc.Am.Α.12，1077(1995)】，可以解决这类高密度光栅的衍射问题。光通信波段C波段和L波段涵盖了1.5微米到1.62微米的波长，在此大范围内实现光栅衍射效率一致，是实现宽带稳定调谐的关键。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是针对1.5-1.62微米的波长范围，提供一种适用于外腔可调谐激光器的宽带透射光栅，实现P偏振稳定的衍射效率，能满足外腔激光器的宽带稳定可调需求，其技术方案如下：一种用于外腔可调谐激光器的宽带透射光栅，包括一透明材料制成的衬底，所述衬底上设有高折射率材料制成的光栅层，该光栅层折射率为2.71，所述光栅层的周期为0.85-1微米、刻蚀深度为100-280纳米，所述光栅层的光栅占空比为0.5。进一步地，所述光栅层的周期为920纳米、刻蚀深度为190纳米。当光栅层的周期为920纳米、光栅占空比为0.5，光栅层的刻蚀深度为190纳米时，-1级P偏振光在1.5-1.62微米波长范围内以利特罗角度58度入射时，其衍射效率稳定在9%，0级透过率高于82%，能满足外腔激光器的宽带稳定可调需求。进一步地，所述衬底为熔融石英。进一步地，所述光栅层为二氧化钛薄膜。依据上述技术方案，本技术的宽带透射光栅，具有结构简单，容易实现，带宽性能好的特点；可利用成熟的半导体工艺批量生产，满足外腔激光器宽带可调要求，特别是当光栅层的周期为920纳米、光栅占空比为0.5，光栅层的刻蚀深度为190纳米时，-1级P偏振光在1.5-1.62微米波长范围内以利特罗角度58度入射时，其衍射效率稳定在9%，0级透过率高于82%，能满足外腔激光器的宽带稳定可调需求。附图说明下面通过具体实施方式结合附图对本技术作进一步详细说明。图1为本技术的几何结构示意图；图2为本技术在光栅层刻蚀深度为190纳米、光栅占空比为0.5，入射角度沿利特罗角58度入射时P光衍射效率和0级透过率随入射光波长的变化特性曲线。其中，1、衬底；2、光栅层；3、入射光；4、衍射光；5、透射光。具体实施方式下面通过具体实施方式结合附图对本技术作进一步详细说明。先请参阅图1，图1是宽带透射光栅的几何结构示意图。本实施例衬底1采用熔融石英，光栅层2采用单一材料二氧化钛薄膜，其折射率2.71。图1中入射光3从空气中以中心波长对应的利特罗角θ入射，4为与入射光平行反向的衍射光，d表示光栅周期,光栅占空比定义为f=b/d。石英和二氧化钛薄膜在1.5-1.62微米波段无吸收，因此该几何结构的光栅可用于设计中心波长为1.56微米的透射光栅，在如图1所示的光栅结构下，即当光栅层的周期为920纳米、光栅占空比为0.5，光栅层刻蚀深度为190纳米时，本技术采用严格耦合波理论计算了该光栅的P光衍射效率和0级透过率随入射光波长的变化曲线如图2所示，P偏振光以中心波长1.56微米对应的利特罗角58度入射时，该光栅的-1级衍射效率在1.5-1.62微米范围内稳定在9%，0级透过率大于84%。表1给出了本技术的一系列实施例。表1是衬底1用熔融石英，光栅层材料用二氧化钛薄膜，刻蚀深度为190纳米时，入射光中心波长1.56微米P偏振入射时不同周期的衍射效率和0级透过率。当光栅层的周期在850-1000纳米，优化光栅层刻蚀深度，入射光中心波长1.56微米P偏振-1级衍射效率均可在7-10%，0级透过率均大于84%。表2给出本技术的另一系列实施例。当光栅层的周期为920纳米，光栅层刻蚀深度为190纳米，光栅占空比在0.3-0.7之间，入射中心波长1.56微米P偏振-1级衍射效率和0级透过率的数值。表3给出本技术的另一系列实施例。光栅层用二氧化钛薄膜，当光栅层周期为920纳米，光栅占空比为0.5时，不同光栅层刻蚀深度下中心波长1.56微米p偏振入射时-1级衍射和0级透射的数值。表1表2表3以上应用了具体个例对本技术进行阐述，只是用于帮助理解本技术，并不用以限制本技术。对于本技术所属
的技术人员，依据本技术的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于外腔可调谐激光器的宽带透射光栅，其特征在于，包括一透明材料制成的衬底，所述衬底上设有高折射率材料制成的光栅层，该光栅层折射率为2.71，所述光栅层的周期为0.85‑1微米、刻蚀深度为100‑280纳米，所述光栅层的光栅占空比为0.5。

【技术特征摘要】
1.一种用于外腔可调谐激光器的宽带透射光栅，其特征在于，包括一透明材料制成的衬底，所述衬底上设有高折射率材料制成的光栅层，该光栅层折射率为2.71，所述光栅层的周期为0.85-1微米、刻蚀深度为100-280纳米，所述光栅层的光栅占空比为0.5。2.如权利要求1所述的用于外腔...

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