[发明专利]TE偏振的双脊熔石英1×5分束光栅

说明书

技术领域

本专利涉及透射分束光栅，特别是一种用于800纳米波长的TE偏振的双脊熔石英1×5分束光栅。

背景技术

分束器是光学系统中的基本元件，在光学系统中有着重要的应用。在光通信、光信息处理、光计算、全息等等系统中有着不可替代的作用。传统的多层膜结构分束器，由于工艺复杂，成本昂贵，而且激光破坏阈值不高。今年来兴起的光子晶体作为分束器，也同样存在着成本高，制造困难等缺点。熔融石英是一种理想的光栅材料，它具有高光学质量：稳定的性能、高损伤阈值和从深紫外到远红外的宽透射谱，并且由熔融石英设计制作高效率分束光栅，结构简单，工艺流程简单。因此，刻蚀高密度深刻蚀熔融石英光栅作为新型的分束器件具有广泛的应用前景。对熔石英光栅，其作为分束器的研究中最为常见的是光在利特罗条件下入射，即入射角为布拉格角。在利特罗条件下的高密度深刻蚀光栅，有极好的偏振相关性，可以用于制作偏振分束器，宽带的1/4玻片等。对于矩形槽型光栅，另外一种较为常见的光入射方式是垂直入射，即入射角是零度。

Jiangjun Zheng等人设计了一种布拉格角入射下的高效率透射式三角熔石英分束光栅，其TE与TM波透射效率在140纳米波长范围内高于97％【在先技术1：J.Zheng et al.，Opt.Lett.33，1554-1556(2008)】。Jijun Feng等人设计了一种布拉格角入射下的高效率透射式矩形熔石英偏振无关1×2分束光栅，其均匀性能非常好【在先技术2：J.Feng et al.，Appl.Opt.48，5636-5641(2009)】。Jijun Feng等人设计了一种光垂直入射下的高效率透射式矩形熔石英偏振无关1×3分束光栅，其TE与TM波透射效率均高于97％【在先技术3：J.Feng et al.，Appl.Opt.47，6638-6643(2008)】。以上光栅都是基于单脊结构，即一个光栅周期内只有一个脊。要想增加分束端口，一个有效的途径是采用双脊结构，即一个周期内有两个脊。

矩形光栅是利用微电子深刻蚀工艺，在基底上加工出的具有矩形槽形的光栅。高密度矩形光栅的衍射理论，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4：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。但据我们所知，目前为止，还没有人针对常用800纳米波长给出在熔融石英基片上制作的TE偏振1×5双脊分束光栅。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于800纳米波长的TE偏振的双脊熔石英1×5分束光栅。当TE偏振光垂直入射时，该光栅可以使入射光分成5束等强度的透射光，这5束透射光的总效率大于96％，并且均匀性优于5％。因此，该分束光栅具有重要的实用价值。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于800纳米波长的TE偏振的双脊熔石英1×5分束光栅，其特征在于该分束光栅的光栅周期为1830～1850纳米，每个光栅周期内两个脊宽分别为143～146纳米和500～508纳米，两脊之间距为594～597纳米，脊深为872～875纳米。

最佳的分束光栅的光栅周期为1840纳米，每个光栅周期内两个脊宽分别为144.6纳米和504.2纳米，脊间边缘距为595.3纳米，脊深为873.8纳米。

本发明的技术效果如下：

特别是当分束光栅的光栅周期为1840纳米，两个脊宽分别为144.6和504.2纳米，脊间边缘距为595.3纳米，脊深为873.8纳米时，若考虑800纳米的TE偏振光垂直入射到光栅时，该光栅透射光的总效率大于96％，并且均匀性优于0.3％。本发明具有使用灵活方便、均匀性较好、衍射效率较高等优点，是一种非常理想的衍射光学元件，利用电子束直写装置结合微电子深刻蚀工艺，可以大批量、低成本地生产，刻蚀后的光栅性能稳定、可靠，具有重要的实用前景。

附图说明

图1是本发明800纳米波长的TE偏振高效率双脊熔石英1×5分束光栅的几何结构。

图中，1代表区域1(折射率为n₁)，2代表区域2(折射率为n₂)，3代表光栅，4代表TE偏振模式下的入射光，5、6、7、8、9分别代表TE模式下的+2、+1、0、-1、-2级衍射光。d为光栅周期，x₁和x₂为脊宽，x为脊间边缘距，h为光栅深度。