[发明专利]夹层式熔融石英透射1×2分束光栅

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信波段1×2分束器，特别是一种1550纳米波长的夹层式熔融石英透射1×2分束光栅。

背景技术

分束器是将一束入射光分成几束能量相等的出射光或将一路光信号分成多路光信号的器件，在光通信、光信息处理等许多领域中被广泛应用。传统的基于多层介质膜的分束器由于经过多次折射和反射能量损耗较大、制造过程复杂，成本高，而且在光功率很大时，分束系统元件上的镀膜容易损伤。近年来兴起的光子晶体作为分束器，也同样存在着制造困难，成本高等缺点。而熔融石英是一种理想的光学材料，它具有从深紫外到远红外的宽透射谱，有很高的光学质量，温度稳定性好，激光破坏阈值高。因而，用熔融石英来制作分束光栅应用于高功率激光系统中，具有重要的实用意义。此外，熔融石英分束光栅的制造可以借助成熟的微电子工艺技术，造价小，能够大量生产，因此具有重要的实用前景。

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，具有高效率的体光栅布拉格衍射效应，这一点与普通的表面浅刻蚀的平面光栅完全不同。高密度矩形深刻光栅的衍射理论，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 etal.，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：200710048186.8】利用上述算法给出了实现1×2分束的深刻蚀矩形光栅装置。

由于矩形深刻蚀光栅在界面处存在菲涅尔反射，反射值随入射角增大或光栅周期减小而增大，这使得矩形深刻蚀光栅的衍射效率不能达到很高。为解决这个问题，J.Zheng等人提出深刻蚀三角槽形石英光栅【在先技术2：J.Zheng etal.，Opt.Lett.33，1554-1556(2008)】，该光栅具有抗反射效应，但难于实际制作。而夹层式矩形深刻蚀光栅由于其可视为等效的法布里珀罗(F-P)腔，通过合理设计，也可以具有很好的抗反射效应，且可以实现。据我们所知，目前为止还没有人针对光纤通信的1550纳米波段给出夹层式深刻蚀光栅作为1×2分束器。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对光纤通信的1550纳米波段提供一种用于1550纳米波段的夹层式熔融石英透射1×2分束光栅，该光栅能有效抑制反射。TE偏振光以利特罗角入射到光栅面上时，0级衍射和1级衍射的透射效率之和高于99.7％，效率之比接近1，因此该夹层式1×2分束光栅能够实现对TE偏振光高效率1×2透射分束。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于1550纳米波段的夹层式熔融石英透射1×2分束光栅，包括在石英基片上深刻蚀矩形光栅，其特点是在所述的深刻蚀矩形光栅上加一层厚度均匀的石英一体构成的，该矩形光栅的周期为931～956纳米，刻蚀深度为1.022～1.064微米，光栅的占空比为0.5。

所述光栅的周期为943纳米，刻蚀深度为1.0425微米的技术效果最好。

本发明的技术效果如下：

本发明夹层式熔融石英透射1×2分束光栅的特点是在所述的深刻蚀矩形光栅上加一层厚度均匀的石英一体构成的，该矩形光栅的周期为931-956纳米、刻蚀深度为1.022-1.064微米，光栅占空比为0.5时，TE偏振光在0级和1级的透射衍射效率之和高于99.7％，衍射效率之比在0.95-1.05之间；特别是光栅周期为943纳米，刻蚀深度为1.0425微米时，0级和1级的透射衍射效率分别为49.886％和49.893％，实现对TE偏振光高效率1×2透射分束。该夹层式1×2分束光栅可视为等效的法布里珀罗(F-P)腔，能有效抑制反射损失，可以在C+L波段宽角度范围使用。本发明石英光栅由光学全息记录技术或电子束直写装置结合微电子深刻蚀工艺以及接合技术加工而成。由于光栅部分被夹在中间，可免于机械损伤和灰尘等，稳定性好。

附图说明

图1是本发明1550纳米波长的夹层式熔融石英透射1×2分束光栅的几何结构示意图。

图2是本发明夹层式透射1×2分束光栅(熔融石英的折射率取1.44462)在不同光栅周期和刻蚀深度下0级衍射和1级衍射效率的比值。

图3是本发明夹层式透射1×2分束光栅(熔融石英的折射率取1.44462)在不同光栅周期和刻蚀深度下0级衍射和1级衍射效率的和。