[发明专利]宽带全介质多层膜反射衍射光栅及其设计方法

权利要求书

1.一种宽带全介质多层膜反射衍射光栅，包括基底，由高折射率材料(4)和低折射率材料(5)周期交替的高反膜层(6)和光栅层(1)，其特征是：在所述的高反膜层(6)和光栅层(1)之间还有匹配层(3)和剩余膜层(2)，所述的匹配层(3)的材料折射率与所述的高反膜层(6)中的低折率材料相同，所述的光栅层(1)和刻蚀剩余膜层(2)的材料折射率低于所述的高折射率材料(4)的折射率，所述的光栅层(1)的周期、占空比、刻蚀深度、剩余膜层(2)的厚度、匹配层的厚度和用于高反膜层(6)制备的控制波长的取值是关联的并通过多参数优化设计来确定。

2.如权利要求1所述的宽带全介质多层膜反射衍射光栅，其特征在于所述的高反膜层(6)的高折射率膜层(4)材料为TiO₂或Ta₂O₅，低折射率膜层(5)材料为SiO₂，每一膜层的光学厚度为四分之一参考波长，所述的匹配层(3)的材料为SiO₂。

3.如权利要求2所述的宽带全介质多层膜反射衍射光栅，其特征在于所述的光栅层(1)和刻蚀剩余膜层(2)的材料为HfO₂。

4.如权利要求1所述的宽带全介质多层膜反射衍射光栅，其特征在于所述的高反膜层(6)中高折射率膜层(4)和低折射率膜层(5)的交替重复次数不小于9次。

5.一种宽带全介质多层膜反射衍射光栅的设计方法，其特征在于包括下列步骤：

①选定高反膜(6)中高折射率膜层(4)和低折射率膜层(5)，匹配层(3)的折射率，光栅层(1)以及剩余膜层(2)的材料折射率，设定光栅的使用角度，并设定优化的波长范围和波长间隔；

②选择参与优化的光栅参数包括光栅的周期(Λ)、占空比(f/Λ)、光栅层厚度、顶层剩余厚度、匹配层厚度和用于控制高反膜中膜层厚度的参考波长，并设定每个参与优化的光栅参数的初始值，最小取值和最大取值；

③采用傅立叶模式理论中光栅衍射效率，确定评价函数为所需设计波长带宽内选出的每个波长的反射衍射的-1级衍射效率与目标衍射效率的均方差值，评价函数为：

MF={1NΣλi[100%-η-1R(λi)]2}1/2]]>

其中：其中：是每一组光栅参数对应入射波长λ_i的反射衍射的-1级衍射效率，优化目标衍射效率设定为100％，N为选择计算的入射波长数量；

④计算每组光栅参数的评价函数值；

⑤判断评价函数值是否满足要求，如果满足要求，停止优化设计；

⑥如果没有满足要求，改变参与优化的光栅参数的数值，重复步骤④和⑤；

⑦直到评价函数满足要求。