[发明专利]掩埋金属型宽带反射光栅及其制作方法

说明书

本发明公开了一种掩埋金属型宽带反射光栅，包括衬底，所述衬底上设置有铝膜，所述铝膜上刻蚀有矩形光栅脊，所述矩形光栅脊间及光栅顶部设置有二氧化硅薄膜；本发明的掩埋金属型宽带反射光栅，结构简单，性能稳定，机械强度好，角度带宽宽，衍射效率高，成本低；本发明的掩埋金属型宽带反射光栅，在表面覆盖致密平整的二氧化硅薄膜，没有槽型结构，可擦洗。

技术领域

本发明涉及反射光栅技术领域，尤其涉及一种掩埋金属型宽带反射光栅。

背景技术

在啁啾脉冲放大技术中，人们往往需要高衍射效率、较宽波长范围和较高的抗激光损伤能力的衍射光栅。最近，Wei Jia等人（W. Jia et al.,Appl. Opt. 47, 6058(2008)）在熔融石英上制作出了这种高衍射效率的透射式光栅，其-1级的衍射效率理论上可达98%。但是，在很多应用，比如在光栅调谐窄线宽振荡器、光栅脉冲压缩器等中需要反射式光栅。传统的多层介质光栅以及纯金属光栅虽然可以满足要求，但是多层介质光栅的制作相当复杂、制作成本较高；纯金属的全息光栅以及刻划光栅的机械强度及抗激光损伤能力较弱，不适合用于高功率激光系统。

熔融石英是一种理想的光栅材料，它具有稳定的性能、高损伤阈值和从深紫外到远红外的宽透射谱。铝作为一种常用的金属反射膜，其强度和稳定性较好，在红外区的反射率很高，但是暴露在空气中容易氧化。所以常用的金属反射光栅大多以金为薄膜材料。将熔融石英和金材料结合制作反射式光栅。中国发明专利公开说明书CN 101609176A（公开日为2009.12.23）公开了一种金属嵌入式熔融石英宽带反射光栅，该光栅的周期为450-550纳米，刻蚀深度为700-900纳米，金膜的厚度为380-660纳米，光栅的空占比为0.4。该金属嵌入式熔融石英宽带反射光栅可以使TE偏振光在利特罗入射角的情况下的-1级衍射效率在130纳米（780-910纳米）的波长带宽内高于90%；当在非利特罗入射角的情况下的-1级衍射效率在284纳米（780-1064纳米）的波长带宽内高于80%，该金属嵌入式熔融石英宽带反射光栅在啁啾脉冲压缩技术中具有重要的实用价值。但是采用金作为薄膜材料，制作成本较高，给使用厂家造成经济负担，一定程度上限制了该反射光栅的广泛应用。

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（M. G Moharam et al,J. Opt. Soc. Am. Α. 12, 1077(1995)）已给出了严格耦合波理论的算法，可以解决这类高密度光栅的衍射问题。

发明内容

为了解决现有技术无法同时满足性能稳定，机械强度高和成本低的问题，本发明的目的是提供一种掩埋金属型宽带反射光栅。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种掩埋金属型宽带反射光栅，包括衬底，所述衬底上设置有铝膜，所述铝膜上刻蚀有矩形光栅脊，所述矩形光栅脊间及光栅顶部设置有二氧化硅薄膜。

优选的是，所述衬底为玻璃或硅。

优选的是，所述铝膜厚度为1〜2微米，刻蚀深度为400〜700纳米，光栅顶部二氧化硅厚度为100〜300纳米，光栅周期为500〜600纳米，光栅的占空比为0.4〜0.6。

优选的是，所述铝膜厚度为1.6微米，刻蚀深度为400纳米，光栅顶部二氧化硅厚度为160纳米，光栅周期为556纳米，光栅的占空比为0.4。

本发明的第二方面，提供一种掩埋金属型宽带反射光栅的制作方法，包括如下步骤：

S1，在衬底上生长铝膜；

S2，在S1的铝膜上刻蚀矩形光栅脊；

S3，在S2的矩形光栅脊间及光栅顶部填充二氧化硅薄膜；