TM偏振的垂直入射石英1×2分束的双层错移光栅制造技术

一种用于1064纳米波长的TM偏振的垂直入射石英1×2分束的双层错移光栅，由光栅结构参数相同的上光栅和下光栅相对错移构成，上光栅和下光栅紧密结合无间隔，该上光栅和下光栅的光栅周期为1326～1329纳米，脊宽为609～612纳米，偏移量为177～179纳米，总的光栅深度为2016～2018纳米，当TM偏振光垂直入射时，其透射光总的衍射效率可高于96%，分束器的均匀性优于3.10%。本发明专利技术TM偏振的垂直入射的石英双层错移光栅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】
TM偏振的垂直入射石英1 X2分束的双层错移光栅
本专利技术涉及透射石英光栅，特别是一种用于1064纳米波长的TM偏振的垂直入射石英1X2分束的双层错移光栅。
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。传统的分束器，由于工艺复杂，成本昂贵，而且激光破坏阈值不高。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，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。因此，刻蚀高密度深刻蚀熔融石英光栅作为新型的分束器器件具有广泛的应用前景。对石英光栅，一种较为常见的光入射方式是垂直入射，即入射角是零度。Jijun Feng等人设计了一种光垂直入射下的高效率透射式矩形熔石英1X3分束偏振无关光栅【在先技术I:J.Feng et al.，Appl.0pt.47，6638-6643 (2008)】。以上光栅是基于在布拉格角入射的矩形光栅，当光垂直的照在双层错移光栅上，由于双层光栅在结构上存在不对称的特性，透射光能量会存在不对称分布，可以实现垂直入射1X2分束器。双层光栅是利用微电子深刻蚀工艺，在基底上加工出的具有双层槽形的光栅。高密度双层光栅的衍射理论，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I禹合波理论的算法【在先技术2:M.G.Moharam et al.，J.0pt.Soc.Am.A.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1064纳米波长给出 在熔融石英基片上实现垂直入射的石英I X 2分束双层错移光栅的设计。
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1064纳米波长的TM偏振的垂直入射石英1X2分束的双层错移光栅。该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1064纳米波长的TM偏振的垂直入射的石英1X2分束双层错移光栅，该结构由光栅结构参数相同的上光栅和下光栅相对错移构成的，上光栅和下光栅紧密结合无间隔，该上光栅和下光栅的光栅周期为1326~1329纳米，脊宽为609~612纳米，双层错移光栅的偏移量为177~179纳米，总的光栅深度为2016~2019纳米。最佳的光栅周期为1327.5纳米，偏移量为178纳米，脊宽为610.6纳米，总的光栅深度为2017纳米。本专利技术的技术效果如下:特别是当光栅的光栅周期为1327.5纳米，偏移量为178纳米，脊宽为610.6纳米，总的光栅深度为2017纳米。总的透射光的衍射效率最大值大于96%，分束器的均匀性优于3.10%。本专利技术具有使用灵活方便、均匀性较好、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。【附图说明】图1是本专利技术1064纳米波长的TM偏振的垂直入射石英1X2分束的双层错移光栅的几何结构。图中，I代表入射光,2、3代表TM偏振模式下的出射光,4代表上层光栅(折射率为η), 5代表下层光栅(折射率为n)。d为光栅周期，b为脊宽，h为光栅深度，c为偏移量。图2是本专利技术要求范围内-1级高效率透射的石英光栅(石英的折射率为1.45)的光栅周期为1327.5纳米，偏移量为178纳米，脊宽为610.6纳米，总的光栅深度为2017纳米， 上下光栅结构参数相同，衍射效率随波长变化的曲线。【具体实施方式】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1064纳米波长的TM偏振的垂直入射石英I X 2分束的双层错移光栅的几何结构。图中，区域4、5都是熔融石英(折射率n=1.45)。由图可见，本专利技术用于波长为1064纳米波长的TM偏振的垂直入射石英1X2分束的双层错移光栅，该光栅的光栅周光栅周期为1327.5纳米，偏移量为178纳米，脊宽为610.6纳米，总的光栅深度为2017纳米，上下光栅结构参数相同。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2】计算双层石英光栅在1064纳米波段的衍射效率。我们利用严格耦合波理论【在先技术2】得到光栅初始结构，并采用模拟退火法则【在先技术3:W.GofTe et al.，J.Econometrics60, 65-99 (1994)】进行优化,从而得到这种石英1X2分束的双层错移光栅。表1给出了本专利技术一系列实施例，表中d为光栅周期,b为脊宽，h为光栅深度，λ为入射波长，c为偏移量，η为衍射效率，t为均匀性。在制作本专利技术用于1064纳米波长的TM偏振的垂直入射石英1X2分束的双层错移光栅的过程中，适当选择光栅周期、脊宽，偏移量和刻蚀深度就可以在一定的带宽内得到高衍射效率。图2是本专利技术总的衍射效率随波长变化的曲线。本专利技术的1064纳米波长的TM偏振的垂直入射石英1X2分束的双层错移光栅，具有使用灵活方便、均匀性较好、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垂直入射时不同波长的TM偏振光总的衍射效率和分束器均匀性t，脊宽为b，h为总的光栅深度，d为光栅周期，c为偏移量。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于1064纳米波长的TM偏振的垂直入射石英1×2分束的双层错移光栅，特征在于其是由光栅结构参数相同的上光栅和下光栅相对错移构成的，上光栅和下光栅紧密结合无间隔，该上光栅和下光栅的光栅周期为1326～1329纳米，脊宽为609～612纳米，上光栅和下光栅的偏移量为177～179纳米，总的光栅深度为2016～2019纳米。

【技术特征摘要】
1.一种用于1064纳米波长的TM偏振的垂直入射石英1X2分束的双层错移光栅，特征在于其是由光栅结构参数相同的上光栅和下光栅相对错移构成的，上光栅和下光栅紧密结合无间隔，该上光栅和下光栅的光栅周期为1326?1329纳米，脊宽为609?612纳米，上光栅和下光栅的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周常河，李树斌，
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：