高效率斜雙層光柵的製作方法
2023-07-19 14:49:11 3
高效率斜雙層光柵的製作方法
【專利摘要】一種用於1064納米波長的TE偏振的垂直入射的-1級高效率斜雙層光柵，該光柵的第一層材料是石英，第二層材料是Ta2O5,基底是石英，兩層光柵的深度相同。該光柵的光柵周期為950～954納米，脊寬為441～445納米，傾斜角68～69度，光柵總深度為2046～2050納米，當TE偏振光垂直入射時，其透射光-1級衍射效率可高於91%。本發明TE偏振的垂直入射的石英-1級高效率斜雙層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】高效率斜雙層光柵
【技術領域】
[0001]本發明涉及透射光柵，特別是一種用於1064納米波長的TE偏振的垂直入射的-1級高效率斜雙層光柵。
【背景技術】
[0002]光偏轉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、光計算、全息等等系統中有著不可替代的作用。傳統的光偏轉器，由於工藝複雜，成本昂貴，而且雷射破壞閾值不高。今年來興起的電光晶體作為光偏轉，也同樣存在著成本高，製造困難等缺點。熔融石英和Ta2O5是一種理想的光柵材料，它具有高光學質量:穩定的性能、高損傷閾值和從深紫外到遠紅外的寬透射譜，並且設計製作的高效率光柵，結構簡單，工藝流程簡單。因此，刻蝕高密度深刻蝕光柵作為新型的光偏轉器件具有廣泛的應用前景。對於高密度光柵，一種較為常見的光入射方式是垂直入射，即入射角是零度。
[0003]Anduo Hu等人設計了一種布拉格角入射下的高效率反射式石英-1級高效率衍射光柵【在先技術I =Anduo Hu et al., J.0pt.14,055705(2012)】。以上光柵是基於在布拉格角入射的矩形反射式光柵，當光垂直的照在斜雙層光柵上，由於斜雙層光柵在結構上存在不對稱的特性，透射光能量會存在不對稱分布，同時斜雙層光柵具有更多的設計自由度，可以實現-1級高效率的透射。
[0004]斜雙層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1064納米波長實現垂直入射-1級高效率透射的設計。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是提供一種用於1064納米波長的TE偏振的垂直入射的-1級高效率斜雙層光柵。當TE偏振光垂直入射時，該光柵可以使入射光能量主要分布在-1級透射光上，-1級透射光的最高效率大於98%。因此，該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]一種用於1064納米波長的TE偏振垂直入射-1級高效率斜雙層光柵，其特徵在於光柵的光柵周期為950~954納米，脊寬為441~445納米，傾斜角68~69度，光柵總深度為2046~2050納米。
[0008]最佳的光柵的周期為952納米，光柵傾斜角為68.75度，脊寬為443納米，光柵總深度為2048納米。
[0009]本發明的技術效果如下:
[0010]特別是當光柵的光柵周期為952納米，光柵傾斜角為68.75度，脊寬為443納米，光柵總深度為2048納米。-1級透射光的衍射效率最大值大於98%。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，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。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明1064納米波長的TE偏振的垂直入射的_1級高效率斜雙層光柵的幾何結構。
[0012]圖中，I代表入射光，2代表出射光，3代表折射率為Ii1=I的均勻區域，4代表第一層光柵區域(折射率為nrt)，5代表第二層光柵區域(折射率為r^2)，6代表折射率為n2=l.45的均勻區域。d為光柵周期，b為脊寬，h為光柵深度，Θ為光柵傾斜角。 [0013]圖2是本發明要求範圍內-1級高效率斜雙層光柵(石英的折射率為1.45，Ta2O5的折射率為2)光柵周期為952納米，光柵總深度為2048納米，脊寬為443納米，傾斜角為68.75度，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1064納米波長的TE偏振的垂直入射的_1級高效率斜雙層光柵的幾何結構。圖中，I代表入射光，2代表出射光，3代表折射率為II1=I的均勻區域，4代表第一層光柵區域(折射率為nrt)，5代表第二層光柵區域(折射率為r^2)，6代表折射率為n2的均勻區域。d為光柵周期，b為脊寬，h為光柵深度，Θ為光柵傾斜角。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1064納米波段的TE偏振垂直入射-1級高效率斜雙層光柵，該光柵的光柵周期為950~954納米，脊寬為441~445納米，傾斜角68~69度，光柵總深度為2046~2050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】計算傾斜石英光柵在1064納米波段的衍射效率。我們利用嚴格耦合波理論【在先技術2】得到光柵初始結構，並採用模擬退火法則【在先技術3:W.GofTe et al.，J.Econometrics60, 65-99 (1994)】進行優化,從而得到這種-1級高效率石英透射光柵。
[0017]表1給出了本發明一系列實施例，表中d為光柵周期,b為脊寬，h為光柵深度，λ為入射波長，□為光柵傾斜角，□為衍射效率。在製作本發明用於1064納米波長的TE偏振垂直入射-1級高效率斜雙層光柵的過程中，適當選擇光柵周期、脊寬，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。
[0018]圖2是本發明-1級透射光衍射效率隨波長變化的曲線。
[0019]本發明的TE偏振垂直入射-1級高效率出射石英透射光柵，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，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。[0020]表1垂直入射時不同波長的TE偏振光在-1級衍射效率□，脊寬為b，h為光柵深度，d為光柵周期，□為光柵傾斜角
[0021]
【權利要求】
1.一種用於1064納米波長的TE偏振的垂直入射的-1級高效率斜雙層光柵，該光柵的第一層材料是石英，第二層材料是Ta2O5,基底是石英，兩層光柵的深度相同。其特徵在於光柵的光柵周期為950?954納米，脊寬為441?445納米，傾斜角68?69度，光柵總深度為2046?2050納米。
2.根據權利要求1所述的TE偏振-1級高效率斜雙層光柵光柵，其特徵在於所述的光柵周期為952納米，光柵傾斜角為68.75度，脊寬為443納米，光柵總深度為2048納米。
【文檔編號】G02B5/18GK103675969SQ201310645651
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月4日 優先權日:2013年12月4日
【發明者】周常河, 李樹斌, 曹紅超, 吳俊 , 劉昆, 盧炎聰 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所