一种弯曲叉形光栅结构及其弯曲叉形光栅制造技术

本发明专利技术属于光学技术领域，公开了一种弯曲叉形光栅结构，所述的弯曲叉形光栅中，所有处于各自周期相同相对位置的点所构成的曲线呈弯曲叉形分布，以使照射在弯曲叉形光栅的入射光转变为贝塞尔高斯光

【技术实现步骤摘要】
一种弯曲叉形光栅结构及其弯曲叉形光栅


[0001]本专利技术涉及衍射光栅领域，特别是一种能将高斯光转变为贝塞尔高斯光
、
具有弯曲叉形结构的光栅
。

技术介绍

[0002]涡旋光束是具有涡旋特性的光束，这种光的相位或波前呈螺旋形，复振幅含有螺旋相位项，可以表示为其中
l
是拓扑荷，是角向坐标
。
涡旋光束中的每一个光子都携带
l
的轨道角动量
(OAM)
，并且这种轨道角动量可以传递到被辐射的微粒上
。
涡旋光束在许多潜在的应用价值，比如用在光通信领域
、
操纵微小粒子
、
光学诱捕等方面
。
但是传统的涡旋光的环半径会随着拓扑荷值的增大而增大，因此在很多领域中应用受到了限制
。2013
年，
Ostrovsky
等人首次提出完美涡旋光这一概念，它们的环径与拓扑荷值无关
【Opt Lett 38,534
‑
536(2013)】
，受到了广泛的关注
。
完美涡旋光是通过贝塞尔高斯光的傅里叶变换得到的
。
[0003]目前生成贝塞尔高斯光场最普遍方式是用液晶空间光调制器
(SLM)
加载计算全息图的方式，但是此方法成本高，衍射效率低，其液晶结构使损伤阈值难以提高
。
也有通过将螺旋相位板和锥透镜级联的方式，获得高阶贝塞尔高斯光
【Opt Lett 41,1348
‑
1351(2016)】
，进而产生完美涡旋光，但光路非常复杂，光学中心也难以对准，并且只能应用于单一波长
。
[0004]据我们所知，目前没有关于中长波红外光栅的全息式衍射光栅报道，包括中长波红外衍射光栅特征结构及其制备方式
。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是提供一种能将高斯光直接转换为贝塞尔高斯光的衍射光栅，其具有特征的弯曲叉形光栅结构
。
[0006]本专利技术的解决方案如下：
[0007]一种弯曲叉形光栅结构，其特点在于，所有处于各自周期相同相对位置的点所构成的曲线呈弯曲分布，且仅有一对相邻的弯曲曲线之间分布有叉形结构，以使照射在所述弯曲叉形光栅的入射光转变为贝塞尔高斯光；
[0008]所述的弯曲叉形光栅横向结构具体为：
[0009]以所述叉形结构的分叉点为极点
O
，光栅上的任意一点
M
与
O
点间的距离为
ρ
，弯曲叉形光栅周期密度极大方向为极轴
Ox
，则弯曲叉形光栅横向分布函数在极坐标系中表示为：
[0010][0011]其中，
γ
为弯曲曲线的弯曲因子，为极角，
l
为拓扑荷值，
Λ
为光栅的平均周期，
n
为
M
点与
O
点之间的周期数差，
x0为
M
点在任一光栅周期内的相对位置
。
[0012]所述的弯曲因子
γ
为任一正实数，所述的拓扑荷值
l
为任一非零整数，所述的周期数差
n
属于正负
N/2
闭区间内的任一整数，
N
为整个光栅口径内的总周期数，所述的相对位置
x0取
[0,1)
之间的任意实数
。
[0013]一种金属的弯曲叉形光栅，其特点在于，采用上述弯曲叉形光栅结构，且纵向结构由下至上依次为基底
、
顶部光栅层和金属镀层
。
[0014]一种介质的弯曲叉形光栅，其特点在于，采用上述弯曲叉形光栅结构，且纵向结构由下至上依次为基底
、
多层介质膜和顶部光栅层
。
[0015]一种金属介质混合弯曲叉形光栅，其特点在于，采用上述弯曲叉形光栅结构，且纵向结构由下至上依次为基底
、
金属介质混合层和顶部光栅层
。
[0016]本专利技术的技术效果如下：
[0017]1)
与常规直条纹光栅相比，本专利技术的弯曲叉形光栅可以直接将入射的高斯光衍射转变为贝塞尔高斯光
。
[0018]2)
本专利技术设计的弯曲叉形光栅可有效利用各类常规光栅的纵向结构并继承其性能特性，可实现相比于螺旋锥透镜具有更任意
、
更宽的使用波段，相比于
SLM
具有更高的损伤阈值和衍射效率
。
[0019]3)
本专利技术对所设计的弯曲叉形光栅的顶部光栅层条纹分布进行了定义，能更有效的指导弯曲叉形光栅的设计和制备
。
[0020]4)
本专利技术适配应用常规直条纹光栅的各类光学系统，如超强超短激光压缩器
、
激光合束系统，可简单直接地生成贝塞尔高斯光
。
附图说明
[0021]图1为本专利技术弯曲叉形光栅结构示意图，横向结构为弯曲叉形结构，纵向结构可直接采用常规光栅的纵向结构，虚线为一对相邻弯曲曲线之间分布的叉形结构
。
[0022]图2为采用本专利技术提供的弯曲叉形表达式得到的光栅条纹示意图
。
[0023]图3为本专利技术实施例中采用的金属弯曲叉形光栅纵向结构剖面图，顶层金层厚度
150
纳米
。
[0024]图4为实施例中采用本专利技术提供的弯曲叉形表达式得到的金光栅，在中心周围边长
2.7
毫米的范围内，顶部光栅层表面轮廓上各位置的高度分布的仿真结果
。
Λ
＝
675.68
纳米，
l
＝1，
γ
＝
9.5
×
10
‑4。
[0025]图5为实施例中采用本专利技术提供的弯曲叉形分布公式，实际制备出的金属弯曲叉形光栅，衍射光经过焦距为
50
厘米的透镜，强度分布随传播距离变化的仿真与实验结果，测试光源的波长为
413.1
纳米，入射角度为
15
°
45
′
，衍射角度为
62
°
。
[0026]图6为实施例中采用柱面镜法，测量实际制备出的金属弯曲叉形光栅衍射光场拓扑荷值的强度分布测试结果，两极亮点之间存在一条倾斜暗条纹，证明衍射光场拓扑荷值为
1。
具体实施方式
[0027]为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体实施方式对上述
技术方案进行更详细的说明
。
[0028]本实施例提供一种金属弯曲叉形光栅，包括：基底
2、
顶部光栅层
3、
金属镀层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种弯曲叉形光栅结构，其特征在于，所有处于各自周期相同相对位置的点所构成的曲线呈弯曲分布，且仅有一对相邻的弯曲曲线之间分布有叉形结构，以使照射在所述弯曲叉形光栅的入射光转变为贝塞尔高斯光；以所述叉形结构的分叉点为极点
O
，光栅上的任意一点
M
与
O
点间的距离为
ρ
，弯曲叉形光栅周期密度极大方向为极轴
Ox
，则弯曲叉形光栅横向分布函数在极坐标系中表示为：其中，
γ
为弯曲曲线的弯曲因子，为极角，
l
为拓扑荷值，
Λ
为光栅的平均周期，
n
为
M
点与
O
点之间的周期数差，
x0为
M
点在任一光栅周期内的相对位置
。2.
如权利要求1所述的弯曲叉形光栅结构，其特征在于：所述的弯曲因子
γ
为任一正实数，所述的拓扑荷值
l
为任一非零整数，所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：晋云霞，吴昱博，孔钒宇，韩昱行，张益彬，
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：