1×2平行光分束雙面集成光柵的制作方法
【專利摘要】一種用于1064納米波長的TM偏振的石英的1×2平行光分束雙面集成光柵，該光柵的周期為797～803納米，脊深為1707～1711納米，占空比為0.5，用于實(shí)現(xiàn)-1級高效率衍射的光柵的周期為800納米，脊深為3417納米，占空比為0.5。當(dāng)TM偏振光在一級布拉格角入射時(shí)，其透射光將分成等強(qiáng)度的2束平行光，這2束光總的衍射效率大于97%，并且其均勻性優(yōu)于7%。本發(fā)明TM偏振傾斜石英1×2平行光分束光柵由電子束直寫裝置結(jié)合微電子深刻蝕工藝加工而成，取材方便，造價(jià)小，能大批量生產(chǎn)，具有重要的實(shí)用前景。
【專利說明】1 X2平行光分束雙面集成光柵
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及透射分束光柵，特別是一種用于1064納米波長的TM偏振的石英的I X 2平行光分束雙面集成光柵。
【背景技術(shù)】
[0002]分束器是光學(xué)系統(tǒng)中的基本元件，在光學(xué)系統(tǒng)中有著重要的應(yīng)用。在光通信、光信息處理、光計(jì)算、全息等等系統(tǒng)中有著不可替代的作用。由于傳統(tǒng)的多層膜結(jié)構(gòu)分束器エ藝復(fù)雜，成本昂貴，而且激光破壞閾值不高，因此限制多層膜結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用。熔融石英是ー種理想的光柵材料，它具有高光學(xué)質(zhì)量:穩(wěn)定的性能、高損傷閾值并且由熔融石英設(shè)計(jì)制作高效率分束光柵，結(jié)構(gòu)簡単，エ藝流程簡單。因此，刻蝕高密度深刻蝕熔融石英光柵作為新型的分束器件具有廣泛的應(yīng)用前景。對于雙面集成光柵，由于其出射光相互平行，這樣可以使雙面集成光柵更方便的應(yīng)用在光學(xué)系統(tǒng)中。
[0003]Jiangjun Zheng等人設(shè)計(jì)了一種布拉格角入射下的高效率透射式三角熔石英分束光柵，其TE與TM波透射效率在140納米波長范圍內(nèi)高于97%【在先技術(shù)1:J.Zheng etal.，Opt.Lett.33，1554-1556 (2008)】。以上分束器結(jié)構(gòu)出射光并不是平行光，雙面集成光柵可以實(shí)現(xiàn)1X2平行光分束，即2束出射光是相互平行的。
[0004]雙面集成光柵是利用微電子深刻蝕エ藝，在基底上加工出的具有矩形槽形的光柵。高密度傾斜光柵的衍射理論，不能由簡單的標(biāo)量光柵衍射方程來解釋，而必須采用矢量形式的麥克斯韋方程并結(jié)合邊界條件，通過編碼的計(jì)算機(jī)程序精確地計(jì)算出結(jié)果。Moharam等人已給出了嚴(yán)格I禹合波理論的算法【在先技術(shù)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(jù) 我們所知，目前為止，還沒有人針對常用1064納米波長給出在熔融石英基片上制作的TM偏振1X2平行光分束雙面集成光柵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于1064納米波長的TM偏振的石英的I X 2平行光分束雙面集成光柵。當(dāng)TM偏振光在一級布拉格角入射時(shí),該光柵可以使入射光分成2束等強(qiáng)度的透射平行光，這2束透射光的總效率大于97%，并且均勻性優(yōu)于7%。因此，該分束光柵具有重要的實(shí)用價(jià)值。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0007]—種用于1064納米波長的TM偏振的石英的1X2平行光分束雙面集成光柵，其特點(diǎn)在于用于分束的光柵的周期為797~803納米，脊深為1707~1711納米，占空比為0.5，用于實(shí)現(xiàn)-1級高效率衍射的光柵的周期為800納米，脊深為3417納米，占空比為0.5。
[0008]本發(fā)明最佳的分束結(jié)構(gòu)是用于分束的光柵的周期為800納米，脊深為1709納米，占空比為0.5，用于實(shí)現(xiàn)-1級高效率衍射的光柵的周期為800納米，脊深為3417納米，占空比為0.5。[0009]本發(fā)明的技術(shù)效果如下:
[0010]特別是當(dāng)用于分束的光柵的周期為800納米，脊深為1709納米，占空比為0.5，用于實(shí)現(xiàn)-1級高效率衍射的光柵的周期為800納米，脊深為3417納米，占空比為0.5，該光柵透射光的總效率大于97%，并且均勻性優(yōu)于7%。利用電子束直寫裝置結(jié)合微電子深刻蝕エ藝，可以大批量、低成本地生產(chǎn)，刻蝕后的光柵性能穩(wěn)定、可靠，具有重要的實(shí)用前景。本發(fā)明具有使用靈活方便、均勻性較好、衍射效率較高等優(yōu)點(diǎn)，是ー種非常理想的衍射光學(xué)元件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明1064納米波長的TM偏振高效率石英的1X2平行光分束雙面集成光柵的幾何結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖中，I代表入射光，2代表-1級透射光，3代表0級透射光，4、5分別代表TM模式下的2束出射光。d為光柵周期，Ii1為分束光柵深度，h2為-1級高效率衍射光柵深度，0為入射角，b為脊寬。區(qū)域6、7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.45)。
[0013]圖2是本發(fā)明要求范圍內(nèi)一個(gè)實(shí)施例的0、_1級總衍射效率隨波長變化的曲線。【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)ー步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0015]先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明1064納米波長的TM偏振石英的I X 2平行光分束雙面集成光柵的幾何結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，區(qū)域6、7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.45)。由`圖可見,本發(fā)明用于波長為1064納米波段的TM偏振石英的I X 2平行光分束雙面集成光柵，該分束雙面集成光柵的光柵周期為797~803納米，脊深為1707~1711納米，占空比為0.5，用于實(shí)現(xiàn)-1級高效率衍射的光柵的周期為800納米，脊深為3417納米，占空比為0.5。
[0016]在如圖1所示的光柵結(jié)構(gòu)下，本發(fā)明采用嚴(yán)格耦合波理論【在先技術(shù)4】計(jì)算了石英雙面集成光柵在1064納米波段的衍射效率。
[0017]表1給出了本發(fā)明一系列實(shí)施例，表中d為光柵周期,Ii1為分束光柵深度，入為入射波長，Unifromity為2個(gè)端ロ的衍射均勻性，n為衍射效率。在制作本發(fā)明用于1064納米波長的TM偏振的石英I X 2平行光分束雙面集成光柵的過程中，適當(dāng)選擇光柵周期、刻蝕深度就可以在一定的帶寬內(nèi)得到高衍射效率和均勻性較好的透射1X2平行光分束光柵。
[0018]圖2是本發(fā)明要求范圍內(nèi)一個(gè)實(shí)施例的0、_1級總衍射效率隨波長變化的曲線。
[0019]本發(fā)明1064納米波長的TM偏振石英的1X2平行光分束雙面集成光柵，具有使用靈活方便、均勻性較好、衍射效率較高等優(yōu)點(diǎn)，是ー種非常理想的衍射光學(xué)元件，利用電子束直寫裝置結(jié)合微電子深刻蝕エ藝，可以大批量、低成本地生產(chǎn)，刻蝕后的光柵性能穩(wěn)定、可靠，具有重要的實(shí)用前景。
[0020]表1TM偏振光入射時(shí)不同波長的光在2個(gè)端ロ的總衍射效率和均勻性。
【權(quán)利要求】
1.ー種1064納米波長的TM偏振的石英的1X2平行光分束雙面集成光柵，其特征在于該光柵的周期為797?803納米，脊深為1707?1711納米，占空比為0.5，用于實(shí)現(xiàn)-1級高效率衍射的光柵的周期為800納米，脊深為3417納米，占空比為0.5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IX2平行光分束雙面集成光柵，其特征在于用于分束的光柵的周期為800納米，脊深為1709納米，占空比為0.5，用于實(shí)現(xiàn)-1級高效率衍射的光柵的周期為800納米，脊深為3417納米，占空比為0.5。
【文檔編號】G02B6/124GK103558659SQ201310497344
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】周常河, 李樹斌, 曹紅超, 吳俊 , 朱鋒 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所