基于覆盖折射率匹配层的偏振无关光栅及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种中心波长在近红外波段的高刻线密度、基于覆盖折射率匹配层的宽带偏振无关反射式介质光栅及其制备方法，涉及光学领域。所述光栅在熔石英衬底(1)上依次镀制有反射膜(2)和光栅功能层(3)。本发明专利技术提供的光栅结构针对TE模式和TM模式在利特罗角入射条件下在1050～1080nm带宽范围内的衍射效率高于98.5％，最高衍射效率超过99.5％，且具有比普通光栅更高的制备容差，可以实现偏振无关入射光的高效率衍射；另外可以利用全息曝光结合反应离子刻蚀的方法进行制备，利用原子层沉积所制备的折射率匹配层可以对光栅结构起到保护作用，提升光栅在高温高湿、激光辐照等特种工作环境条件下的稳定性，制备方法简单高效，在高功率激光领域中具有重要的应用前景。

Polarization-Independent Grating Based on Overlay Refractive Index Matching Layer and Its Fabrication Method

The invention discloses a broadband polarization-independent reflective dielectric grating with high line density in near infrared band at central wavelength and based on covering refractive index matching layer and a preparation method thereof, which relates to the optical field. The grating is successively coated with a reflective film (2) and a grating functional layer (3) on a fused quartz substrate (1). The grating structure provided by the invention has a diffraction efficiency higher than 98.5% and a maximum diffraction efficiency higher than 99.5% for TE mode and TM mode in the bandwidth of 1050-1080 nm at Litero angle incidence, and has a higher preparation tolerance than ordinary grating, thus realizing high efficiency diffraction of polarization-independent incident light; in addition, holographic exposure combined with reactive ion etching can be used to improve the diffraction efficiency of polarization-independent incident light. The refractive index matching layer prepared by atomic layer deposition can protect the grating structure, enhance the stability of grating under special working conditions such as high temperature, high humidity and laser irradiation. The preparation method is simple and efficient, and has important application prospects in the field of high power laser.

【技术实现步骤摘要】
基于覆盖折射率匹配层的偏振无关光栅及其制备方法所属
本专利技术涉及光学领域，尤其是一种中心波长在近红外波段的高刻线密度、基于覆盖折射率匹配层的宽带偏振无关反射式介质光栅及其制备方法。
技术介绍
目前高功率激光系统中，单路激光的输出功率会受到非线性效应，热损伤等因素的限制，很难实现高功率激光输出。利用光谱合成组束技术，能够有效提升单位面积内的功率密度，是提升激光系统输出功率的有效技术途径。实现高效率光谱合成的常用技术路径是利用反射式介质光栅的色散特性实现对一定入射条件下不同波长子光束的共孔径合成。待合束的单路激光器的所发出的光为非偏振光，即包含TE偏振成分又包含TM偏振成分，要实现高效率的光谱合成，反射式介质光栅需要对这两种偏振成分都实现较高的衍射效率。另外，在啁啾脉冲放大技术中，同样需要具有宽光谱高衍射效率的反射光栅，光栅针对TE偏振成分和TM偏振成分也需要实现高的衍射效率。对于应用于光谱合成和啁啾脉冲放大的反射介质膜光栅，一般需要具有比较高的刻线密度，这种条件下反射介质膜光栅周期为亚波长量级，使光栅衍射特性表现出了很强的偏振相关性，在一定带宽范围内实现高衍射效率的偏振无关光栅的设计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于覆盖折射率匹配层的偏振无关反射式介质光栅，其特征在于，所述光栅包括熔石英衬底(1)，在熔石英衬底(1)上依次镀制有反射膜(2)和光栅功能层(3)；所述光栅功能层(3)包括氧化物介质膜连接层(3‑1)、单层氧化物介质膜光栅层(3‑2)和折射率匹配层(3‑3)，且单层氧化物介质膜光栅层(3‑2)被刻蚀成光栅槽结构；所述反射膜(2)为折射率调控多层介质薄膜，周期数为14，其从下至上依次包括高折射率材料薄膜(2‑1)和低折射率材料薄膜(2‑2)。

【技术特征摘要】
1.一种基于覆盖折射率匹配层的偏振无关反射式介质光栅，其特征在于，所述光栅包括熔石英衬底(1)，在熔石英衬底(1)上依次镀制有反射膜(2)和光栅功能层(3)；所述光栅功能层(3)包括氧化物介质膜连接层(3-1)、单层氧化物介质膜光栅层(3-2)和折射率匹配层(3-3)，且单层氧化物介质膜光栅层(3-2)被刻蚀成光栅槽结构；所述反射膜(2)为折射率调控多层介质薄膜，周期数为14，其从下至上依次包括高折射率材料薄膜(2-1)和低折射率材料薄膜(2-2)。2.如权利要求1所述的一种基于覆盖折射率匹配层的偏振无关反射式介质光栅，其特征在于，所述高折射率材料薄膜(2-1)的高折射率材料为Ta2O5或HfO2，折射率为1.91，厚度为133.2nm；所述低折射率材料薄膜(2-2)的低折射率材料为SiO2，折射率1.39，厚度为219.6nm。3.如权利要求1所述的一种基于覆盖折射率匹配层的偏振无关反射式介质光栅，其特征在于，所述单层氧化物介质膜光栅层(3-2)为SiO2光栅层，由离子束溅射或者电子束蒸发的方法镀制得到，厚度小于1μm；其上由全息曝光或电子束曝光的方法制备光栅掩模，由反应离子束刻蚀的方法进行光栅槽型刻蚀，刻蚀的光栅槽型结构为矩形槽或梯形槽，刻蚀完成后槽型底部占空比f不大于0.2，周期p为769nm。4.如权利要求1所述的一种基于覆盖折射率匹配层的偏振无关反射式介质光栅，其特征在于，所述折射率匹配层(3-3)为利用原子层沉积在刻蚀完成后的单层氧化物介质膜光栅层(3-2)上镀制的HfO2折射率匹配层，所述折射率匹配层(3-3)的折射率为2.01，厚度小于200nm。5.如权利要求3所述的一种基于覆盖折射率匹配层的偏振无关反射式介质光栅，其特征在于，所述氧化物介质膜连接层(3-1)为相位调节层，其材料为Ta2O5或HfO2，厚度为48.9nm；所述光栅槽型为梯形槽结构，侧壁陡度为85°，单层光栅层刻蚀完成后底部占空比f＝0.2，所述单层氧化物介质膜光栅层(3-2)厚度为708.5n...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明骁，马平，卢忠文，蒲云体，乔曌，吕亮，邱服民，
申请(专利权)人：成都精密光学工程研究中心，
类型：发明
国别省市：四川,51