一种用于近红外波段(1-3μm)的双脊金属线光栅偏振分束器，该分束光栅的光栅周期为745～755纳米，每个光栅周期内两个脊宽分别为103～107纳米和110～115纳米，两脊之间距为255～260纳米，脊深为395～405纳米。当光垂直入射时，其中TM偏振光将透射，其0级透射效率在1-3μm波段范围内大于95％，TE偏振光将反射，其0级反射效率在1-3μm波段范围内大于95％，反射消光比大于15dB，透射消光比大于24dB。本发明专利技术双脊金属线光栅偏振分束器由电子束直写装置结合微电子深刻蚀工艺加工而成，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】
本专利涉及偏振分束光栅，特别是一种用于近红外波段的双脊金属线光栅偏振分束器。
技术介绍
分束器是光学系统中的基本元件，在光学系统中有着重要的应用。在光通信、光信息处理、光计算、全息等等系统中有着不可替代的作用。传统的多层膜结构分束器，工艺复杂，成本昂贵。近年来兴起的光子晶体作为分束器，存在着成本高，制造困难等缺点。熔融石英是一种理想的光栅材料，它具有高光学质量稳定的性能、高损伤阈值和从深紫外到近红外的宽透射谱，并且由熔融石英设计制作高效率分束光栅，结构简单，工艺流程简单。但是由熔石英制作的偏振分束器其带宽一般不是很宽，不适用于大规模信息处理的要求，并且融石英在中红外波段不透光，因而不适用于更高的波段。在电介质衬底上制作的金属线光栅偏振分束器，其带宽很宽，选用不同的衬底和金属材料，可以使金属线光栅偏振分束器用于紫外、可见光、近红外、中红外、远红外和太赫兹波段。亚波长金属线光栅结构紧凑，在宽的角度范围和波长范围内具有很好的光学性能，因此，其作为新型的分束器件具有广泛的应用前景。Libing Zhou等人设计了一种倾斜入射下的嵌入式的宽带金属线光栅偏振分束器，在900-1700纳米的波段范围内，其TE偏振光的反射与TM偏振光的透射效率均高于 90%，反射消光比高于10dB，透射消光比高于30dB在先技术1 :L. Zhou et al.，Opt. Lett. 30,1434-1436 (2005) ]0 Jian Jim Wang等人设计了一种用于可见光波段的双边银纳米线光栅偏振器，在450-700纳米的波段范围内，TM偏振光的衍射效率高于83 %，消光比高于 50dB在先技术 2 J.Wang et al. , Appl. Phys. Lett. 89,141105 (2006) Dingli Wang，等人也设计了一种嵌入式的金属线纳米光栅偏振分束器，在1000-1800纳米的波段范围内具有高的消光比和大的角度范围在先技术3:D. Wang et al.，Appl. Opt. 47， 312-316(2008)。以上光栅都是基于单脊结构，即一个光栅周期内只有一个脊。要想器件在宽的波长范围内同时具有高的衍射效率和消光比，一个有效的途径是采用双脊结构，即一个周期内有两个脊。矩形光栅是利用微电子刻蚀工艺，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等人已给出了严格耦合波理论的算法在先技术4 :M. G. Moharam et al.，J. Opt. Soc. Am. Α. 12， 1077(1995)，可以解决这类高密度光栅的衍射问题。但据我们所知，目前为止，还没有人针对常用近红外波段给出在熔融石英基片上制作的双脊银金属线光栅偏振分束器。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种用于近红外波段的双脊金属线光栅偏振分束器。当光垂直入射时，其中TM偏振光将透射，其0级透射效率在1-3 μ m波段范围内大于 95%, TE偏振光将反射，其0级反射效率在1-3 μ m波段范围内大于95%，反射消光比大于 15dB，透射消光比大于MdB。因此，该分束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—种用于近红外波段的双脊金属线光栅偏振分束器，其特征在于该分束光栅的光栅周期为745 755纳米，每个光栅周期内两个脊宽分别为103 107纳米和110 115 纳米，两脊之间距为255 260纳米，脊深为395 405纳米。最佳的分束光栅的光栅周期为750纳米，每个光栅周期内两个脊宽分别为105纳米和112. 5纳米，脊间边缘距为257纳米，脊深为400纳米。本专利技术的技术效果如下特别是当分束光栅的光栅周期为750纳米，两个脊宽分别为105纳米和112. 5纳米，脊间边缘距为257纳米，脊深为400纳米时，当1-3 μ m波段的光垂直入射到该光栅时， TM偏振光将透射，其0级透射效率在1-3 μ m波段范围内大于95. 5%，TE偏振光将反射，其 0级反射效率在1-3 μ m波段范围内大于95.7%，反射消光比大于15. 6dB，透射消光比大于 25. 6dB。本专利技术具有使用灵活方便、均勻性较好、衍射效率较高等优点，是一种非常理想的衍射光学元件，利用电子束直写装置结合微电子刻蚀工艺，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。附图说明图1是本专利技术的用于近红外波段的双脊金属线光栅偏振分束器的几何结构。图中，1代表区域1 (折射率为II1)，2代表区域2 (折射率为n2)，3代表光栅，光栅层材料为Ag，4代表自然光入射。d为光栅周期，X1和&为脊宽，χ为脊间边缘距，h为光栅深度。图2是本专利技术要求范围内一个实施例的TE与TM偏振光的0级反射与透射效率随波长变化的曲线。图3是图2中实施例的反射与透射消光比随波长变化的曲线。 具体实施例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。先请参阅图1，图1是本专利技术的用于近红外波段的双脊金属线光栅偏振分束器的几何结构。图中，区域1、2都是均勻的，分别为空气(折射率叫=1)和熔融石英(折射率 n2 = 1. 44462)。光垂直入射到光栅，TE偏振光对应于电场矢量的振动方向垂直于入射面， TM偏振光对应于电场矢量的振动方向平行于入射面。由图可见，本专利技术用于近红外波段的双脊金属线光栅偏振分束器，该分束光栅的光栅周期为745 750纳米，每个光栅周期内两个脊宽分别为103 107纳米和110 115纳米，两脊之间距为255 260纳米，脊深为 395 405纳米。在如图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4计算了双脊金属线光栅偏振分束器在1-3 μ m波段范围内的衍射效率。我们利用严格耦合波理论在先技术4和模拟退火法则在先技术5 :W. Goffe et al. , J. Econometrics 60， 65-99 (1994)进行优化，从而得到这种高效率双脊熔石英分束光栅。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和&为脊宽，χ为脊间边缘距，h为光栅深度，λ为入射波长。反射消光比和透射消光比定义为EXR = ^*^^/^)(1)EXT = 10*log10(% /%TE)(2)其中;和;7广为TE与TM偏振光的0级反射效率，％TE和为TE与TM偏振光的0 级透射效率。在制作本专利技术用于近红外波段的金属线光栅偏振分束器中，适当选择光栅周期、脊宽、脊间边缘距和刻蚀深度就可以在一定的带宽内得到高的偏振衍射效率和消光比的偏振分束光栅。图2是本专利技术要求范围内一个实施例的TE与TM偏振光的0级反射与透射效率随波长变化的曲线。图3是图2中实施例的反射与透射消光比随波长变化的曲线。本专利技术的双脊金属线光栅偏振分束器，具有使用灵活方便、均勻性较好、衍射效率较高等优点，是一种非常理想的衍射光学元件，利用电子束直写装置结合微电子深刻蚀工艺，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光垂直入射时不同波长的TE与TM偏振本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于近红外波段的双脊金属线光栅偏振分束器，其特征在于该分束光栅的光栅周期为７４５～７５５纳米，每个光栅周期内两个脊宽分别为１０３～１０７纳米和１１０～１１５纳米，两脊之间距为２５５～２６０纳米，脊深为３９５～４０５纳米。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周常河，吴俊，曹红超，
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：31
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