[发明专利]高密度深刻蚀正弦槽型光栅偏振分束器

说明书

技术领域

本专利涉及偏振分束器，特别是一种高密度深刻蚀正弦槽型光栅偏振分束器。

背景技术

随着科学技术的迅猛发展，人类社会正向信息时代迈进。信息传送量快速膨胀，这就要求传输网络越来越大。现有的以电为基本传输介质的物理层构筑的网络已到了其极限，带宽匮乏、速度慢、灵活性差。随着语音、图像、数据等信息的急剧增长，尤其是Internet的迅速发展，使得人们对通信网容量的需求越来越大。用光波为载体，它极高的时间、空间带宽积，高度的并行性和无干扰性，在信息高速传送和处理时，具有光损耗小、信号无畸变、无时钟歪斜等优点。光纤通信具有容量大、损耗低、距离传输远等优点，是满足快速增长带宽需求的重要技术手段。空间光交换网络被认为是处理速度最快、传输率最快、最理想的空间光子交换网络系统。为了增加带宽和减少不同通道间的串扰要用到不同的偏振态。偏振分束器是光交换网络中基本的元件，它可以将光分成两束偏振模式相互垂直的偏振光。不仅在光通信中，在许多其他的光学信息处理系统中，比如投影、显示等器件中，偏振分束器都是一种关键元件，有着广泛的应用。

大多数应用中，人们往往需要高消光比、高衍射效率、较宽的可操作波长范围和角度带宽、体积小的偏振分束器。传统的偏振分束器是基于一些晶体的自然双折射效应或者多层介质膜的偏振选择性。但是，利用双折射晶体所制成的偏振分束器体积大、价格昂贵；而薄膜偏振分束器一般工作带宽较小，薄膜层数达到几十层，对均匀性和对称性要求较严，加工较难，高消光比元件的成本很高。随着微制造技术的快速发展，光学元件微型化和光学系统集成化发展迅速。微光学元件的研究与设计受到了学术界和工业界的广泛关注。近年来涌现出的光子晶体，也可用作偏振分束器，但同样存在着制造困难等不利因素。同时亚波长光栅表现出来的特有光学效应受到人们的广泛关注，一些研究工作报道了表面浮雕型光栅作为偏振分束器。与其它偏振分束器相比，表面浮雕型偏振分束光栅结构紧凑，易于小型化和集成化，且插入损耗小，是一种无源器件。在这些已报道的表面浮雕型偏振分束光栅中，有矩形槽型偏振分束光栅，三角槽型偏振分束光栅等。矩形槽型偏振分束光栅的消光比和衍射效率不是很高，但易于制造加工。三角槽型偏振分束光栅有极高的消光比和衍射效率，但难于实际制作。

正弦槽型深刻蚀光栅是利用微电子深刻蚀工艺，在基底上加工出的具有较深槽形的光栅。由于表面刻蚀光栅的刻蚀深度较深，所以衍射性能类似于体光栅，具有体光栅的布拉格衍射效应，这一点与普通的表面浅刻蚀平面光栅完全不同。高密度深刻蚀光栅的衍射理论，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1：M.G.Moharam et al.，J.Opt.Soc.Am.A 12，1077(1995)】，可以解决这类高密度光栅的衍射问题。在先技术2【授权发明专利号：2006100234207】给出了实现偏振分光的深刻蚀矩形光栅装置。相对深刻蚀矩形光栅，正弦槽形的深刻蚀光栅可视为由一系列薄的浅刻蚀矩形光栅平板叠加构成，其槽形的占空比梯度渐变，因此，可以获得更高的透射效率。但据我们所知，没有人针对常用1064纳米波长的红外光给出高密度深刻蚀正弦槽型石英透射式偏振分束光栅的设计参数。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高密度深刻蚀正弦槽型石英透射光栅偏振分束器，该光栅可以将TE、TM两种偏振模式相互垂直的光分为不同的方向，实现0级和-1级衍射光消光比大于100。特别是针对常用1064纳米波长的红外光，在1041～1087纳米波长范围内消光比大于100，TE偏振光的0级透射衍射效率和TM偏振光的-1级透射衍射效率分别高于99.53％和98.84％。因此能够实现高消光比、高衍射效率的深刻蚀正弦槽型石英透射偏振分束光栅，具有重要的实用意义。

本发明的技术解决方案如下：

一种高密度深刻蚀正弦槽型石英透射光栅偏振分束器，其特点在于所述的深刻蚀正弦槽型石英透射光栅的周期和波长的比值为0.789，深度和周期的比值为4.938。

在1064纳米波段，该光栅的周期为839纳米、刻蚀深度为4.010～4.273微米。

所述的光栅的周期为839纳米，刻蚀深度为4143微米。

本发明的依据如下：