[发明专利]波长无关熔融石英透射1×2偏振无关分束光栅

说明书

技术领域

本专利涉及偏振无关分束光栅，特别是一种可见光到近红外波段的波长无关熔融石英透射1×2偏振无关分束光栅。

背景技术

光栅广泛应用于各种光学系统中，其中一个重要的用途是作为分束器件，应用于全息系统、光信息处理系统和测量系统中。偏振无关分束器，即能够将入射光中互相垂直的TE和TM偏振等强度的分束到不同方向的器件。传统的基于多层介质膜和光子晶体的分束器，都存在着成本高，制造困难等缺点。熔融石英具有从深紫外到远红外的宽透射谱，温度稳定性好，激光破坏阈值高，且色散系数小。以熔融石英为材料，已经设计和制造了低损耗偏振相关、高衍射效率光栅和偏振分束光栅，一些文献报道过高密度相位光栅作为1×2偏振无关分束器件，但多针对单一波长进行设计。当入射波长改变时，便需要重新进行设计以满足相应的需求。因此如果能利用熔融石英的物理特性，设计波长无关结构的偏振无关分束光栅，设计者便不需要在波长改变的情况下重复设计过程，这将非常具有实际应用价值。

高密度矩形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。其衍射效率的理论计算，也不能使用简单的标量光栅衍射方程，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，但也只能针对单一波长计算衍射效率。据我们所知，到目前为止，还没有人在600纳米到1800纳米的可见光到近红外波段内，给出过波长无关深刻蚀熔融石英透射1×2偏振无关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在600纳米到1800纳米的可见光到近红外波段，提供一种波长无关熔融石英透射1×2偏振无关分束光栅。在上述可见光到近红外波段内，要求该光栅两个透射方向上具有高衍射效率和低衍射效率差。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于600纳米到1800纳米的可见光到近红外波段的波长无关熔融石英透射1×2偏振无关分束光栅，光栅的占空比为0.5，其特点在于光栅入射条件和归一化结构参数不因波长而改变，该分束光栅的归一化结构参数是：入射波长与光栅周期的比值为1.47～1.48，光栅槽的刻蚀深度与光栅周期的比值为3.20～3.21。

本发明的依据如下：

图1显示了高密度矩形深刻蚀石英光栅的几何结构。区域1、2都是均匀的，分别为空气(折射率n₁＝1)和熔融石英(折射率n₂，随入射波长存在色散变化)。光栅矢量K位于入射平面内。TE偏振对应于电场矢量振动方向垂直于入射面，TM偏振光对应于磁场矢量的振动方向垂直于入射面。当同时含有TE和TM偏振的入射光以利特罗配置(可以表示为)，入射角取决于归一化参数(λ/Λ))，入射到光栅面上时，该光栅可以将TE或TM偏振光分别近似等强度的衍射到0级和-1级透射方向。