Te偏振的垂直入射石英1×2分束傾斜光柵的製作方法
2023-05-15 18:22:01
Te偏振的垂直入射石英1×2分束傾斜光柵的製作方法
【專利摘要】一種用於1550納米波長的TE偏振的垂直入射石英1×2分束傾斜光柵，該分束光柵的光柵周期為2108～2010納米，傾斜角為20～21度，脊深為2982～2984納米，脊寬為1576～1578納米。當TE偏振光在垂直入射時，其透射光將分成等強度的2束光，這2束光總的衍射效率大於95%，並且其均勻性優於4%。本發明TE偏振石英1×2分束傾斜光柵由電子束直寫裝置結合微電子深刻蝕工藝加工而成，取材方便，造價小，能大批量生產，具有重要的實用前景。
【專利說明】TE偏振的垂直入射石英1 X 2分束傾斜光柵
【技術領域】
[0001]本發明涉及透射分束光柵，特別是一種用於1550納米波長的TE偏振的垂直入射石英1X2分束傾斜光柵。
【背景技術】
[0002]分束器是光學系統中的基本元件，在光學系統中有著重要的應用。在光通信、光信息處理、光子晶體製作、全息等等系統中有著不可替代的作用。由於傳統的多層膜結構分束器工藝複雜，成本昂貴，而且雷射破壞閾值不高，因此限制多層膜結構的廣泛應用。熔融石英是一種理想的光柵材料，它具有高光學質量:不但具有穩定的性能，而且具有高的損傷閾值和高衍射效率。採用先進的微電子工藝，製作光柵的工藝流程十分簡單。因此，刻蝕高密度深刻蝕熔融石英傾斜光柵作為新型的分束器件具有廣泛的應用前景。對於傾斜石英光柵，由於其不對稱結構特點，可以實現不對稱分束的功能，這樣可以使傾斜光柵更方便的應用在光學系統中。
[0003]Jijun Feng等人設計了一種布拉格角入射下的高效率透射式矩形熔石英偏振無關1X2分束光柵，其衍射效率非常高【在先技術I J.Feng et al.，Appl.0pt.48，5636-5641 (2009)】。以上光柵都是基於矩形結構，傾斜光柵不僅可以增加設計的靈活性，還可以實現垂直入射O級和-1級1X2分束的功能。
[0004]傾斜光柵是利用微電子深刻蝕工藝，在基底上加工出的具有傾斜槽形的光柵。高密度傾斜光柵的衍射理論，不能由簡單的標量光柵衍射方程來解釋，而必須採用矢量形式的麥克斯韋方程並結合邊界條件，通過編碼的電腦程式精確地計算出結果。Moharam等人已給出了嚴格I禹合波理論的算法【在先技術2:M.G.Moharam et al., J.0pt.Soc.Am.A.12，1077(1995)】，可以解決這類高密度光柵的衍射問題。但據我們所知，目前為止，還沒有人針對常用1550納米波長給出在熔融石英基片上製作的TE偏振I X 2傾斜分束光柵。`
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是提供一種用於1550納米波長的TE偏振的垂直入射石英1X2分束傾斜光柵。當TE偏振光在垂直入射時，該光柵可以使入射光分成2束等強度的透射光，這2束透射光的總效率大於95%，並且均勻性優於4%。因此，該分束光柵具有重要的實用價值。
[0006]本發明的技術解決方案如下:
[0007]—種用於1550納米波長的TE偏振的垂直入射石英1X2分束傾斜光柵,其特點在於該分束光柵的光柵周期為2108~2110納米，傾斜角為20~21度，脊深為2982~2984納米，脊寬比為1576~1578納米。
[0008]最佳的分束光柵的光柵周期為2109納米，傾斜角為20.1度，脊深為2983納米，脊寬比為1577.5納米。
[0009]本發明的技術效果如下:[0010]特別是當分束光柵的光柵周期為2109納米，傾斜角為20.1度，脊深為2983納米，脊寬比為1577.5納米，該光柵透射光的總效率大於95%，並且均勻性優於4%。利用電子束直寫裝置結合微電子深刻蝕工藝，可以大批量、低成本地生產，刻蝕後的光柵性能穩定、可靠，具有重要的實用前景。本發明具有使用靈活方便、均勻性較好、衍射效率較高等優點，是一種非常理想的衍射光學元件。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明1550納米波長的TE偏振高效率垂直入射石英I X 2分束傾斜光柵的幾何結構。
[0012]圖中，I代表區域I (折射率為Ii1), 2代表區域2 (折射率為n2)，3代表入射光，4、5分別代表TE模式下的_1、0級衍射光。d為光柵周期，h為光柵深度，0in為入射角，(^為傾斜角。
[0013]圖2是本發明要求範圍內一個實施例的0、_1級總衍射效率隨波長變化的曲線。【具體實施方式】
[0014]下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護範圍。
[0015]先請參閱圖1，圖1是本發明TE偏振垂直入射石英1X2分束傾斜光柵的幾何結構。圖中，區域1、2都是均勻的，分別為空氣(折射率Ii1=I)和熔融石英(折射率n2=l.44462 )。3為入射光，4和5為出射光。d為光柵周期，為傾斜角，h為光柵深度，b為脊寬。TE偏振入射光對應於電場矢量 的振動方向垂直於入射面，其垂直入射到光柵。由圖可見，本發明用于波長為1550納米波段的TE偏振石英透射分束斜光柵，該分束光柵的光柵周期為2108~2110納米，傾斜角為20~21度，脊深為2982~2984納米，脊寬比為1576~1578納米。
[0016]在如圖1所示的光柵結構下，本發明採用嚴格耦合波理論【在先技術2】計算了石英傾斜光柵在1550納米波段的衍射效率。
[0017]表1給出了本發明一系列實施例，表中d為光柵周期，為傾斜角，h為光柵深度，b為脊寬，λ為入射波長，Unifromity為2個埠的衍射均勻性，η為衍射效率。在製作本發明用於1550納米波長的TE偏振的垂直入射石英1X2分束傾斜光柵的過程中，適當選擇光柵周期、傾斜角和刻蝕深度就可以在一定的帶寬內得到高衍射效率和均勻性較好的透射1X2分束光柵。
[0018]圖2是本發明要求範圍內一個實施例的0、_1級總衍射效率隨波長變化的曲線。
[0019]本發明的TE偏振高效率傾斜石英透射分束光柵，利用電子束直寫裝置結合微電子深刻蝕工藝，可以大批量、低成本地生產，刻蝕後的光柵性能穩定、可靠，具有重要的實用前景，具有使用靈活方便、均勻性較好、衍射效率較高等優點，是一種非常理想的衍射光學元件。
[0020]表1TE偏振光垂直入射時波長為1550nm時光在2個埠的總衍射效率和均勻性。
[0021]
【權利要求】
1.一種用於1550納米波長的TE偏振的垂直入射石英1X2分束傾斜光柵,其特徵在於該分束光柵的光柵周期為2108?2110納米，傾斜角為20?21度，脊深為2982?2984納米，脊寬為1576?1578納米。
2.根據權利要求1所述的TE偏振的垂直入射石英I X 2分束傾斜光柵，其特徵在於所述的分束光柵的光柵周期為2109納米，傾斜角為20.1度，脊深為2983納米，脊寬為1577.5納米。
【文檔編號】G02B27/10GK103698827SQ201310547673
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年11月6日 優先權日:2013年11月6日
【發明者】周常河, 李樹斌, 曹紅超, 吳俊 , 劉昆, 黃巍 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所