[发明专利]一种窄周期长波红外多层光栅结构

说明书

本发明公开了一种窄周期长波红外多层光栅结构及其制备流程，解决了现有大周期光栅在组成光栅阵列时，无法满足光栅区域无限大前提条件的问题。本发明的一种窄周期长波红外多层光栅结构，自上而下依次包含光栅层、基底层和高反层；所述高反层包含三层，分别是高反层高折射率层以及设置在高反层高折射率层上下表面的高反层低折射率层；所述光栅层与基底层厚度相同，两个高反层低折射率层的厚度相同；所述光栅层包含在同一平面分布的高折射率材料和低折射率材料；高折射率材料为碲，低折射率材料为锗；所述基底层选用金属材料锗；所述高反层高折射率层的材料为锗，高反层低折射率层的材料为氯化钠。

技术领域

本发明属于微纳器件设计技术领域，涉及一种光栅周期可在0.1μm-1μm自由调节的窄周期长波红外多层带通光栅结构。

背景技术

光栅是多光谱滤光片阵列的一种基本组成单元。由光栅组成的多光谱滤光片阵列结构紧凑、体积小、重量轻、不需要额外的驱动设备，是当前多光谱成像领域的重要研究方向。设计具有良好带通特性、低旁带效应的光栅结构是多光谱滤光片阵列设计的前提和基础。

导模共振亚波长滤光器件因其具有极窄的带宽、极高的衍射效率和低旁带效应等优点，近年来受到广泛的关注。亚波长波导光栅，光栅层可以近似的等效于折射率为光栅平均折射率的各向同性波导。此时，可以用等效波导理论进行分析。根据等效波导理论设计的传统的单层、双层长波红外光谱光栅均存在光栅周期大的问题，但在光栅理论设计过程中，均假定光栅区域是无限大的平面，大周期光栅在组成光栅阵列时，单个像元内只存在极少个光栅结构，这与光栅理论设计过程中光栅区域无限大的前提假定是相矛盾的。这类大周期光栅在应用于实际时，光谱响应往往与理论结果差距很大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种窄周期长波红外多层光栅结构，解决了现有大周期光栅在组成光栅阵列时，无法满足光栅区域无限大前提条件的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种窄周期长波红外多层光栅结构，自上而下依次包含光栅层、高反层和基底层；所述高反层包含三层，分别是高反层高折射率层以及设置在高反层高折射率层上下表面的高反层低折射率层；

所述光栅层与基底层厚度相同，两个高反层低折射率层的厚度相同；

所述光栅层包含在同一平面分布的高折射率材料和低折射率材料；高折射率材料为碲，低折射率材料为锗；

所述基底层选用金属材料锗；

所述高反层高折射率层的材料为锗，高反层低折射率层的材料为氯化钠。

作为本发明的一种优选实施方式：所述长波红外为8μm-12μm波段；光栅周期为0.1μm-1μm。

作为本发明的一种优选实施方式：所述光栅层的占空比为0.5。

作为本发明的一种优选实施方式：所述光栅层厚度为0.3μm-0.9μm。

作为本发明的一种优选实施方式：所述高反层高折射率层厚度为0.95μm-1.72μm。

作为本发明的一种优选实施方式：光栅层和基底层厚度为0.605μm，光栅层的占空比0.5；高反层高折射率层厚度为1.33μm，高反层低折射率层厚度为1.37μm。

本发明还公开了任一上述的一种窄周期长波红外多层光栅结构的制备流程，其包含如下步骤：

(1)镀膜：各层采用镀膜的方式，采用离子束溅射淀积技术运用一个功率较大的溅射离子源产生高密度的高能离子轰击靶材，在高真空条件下实施高速的溅射淀积；辅助离子源用来改善膜层的致密度和反应度，实现在低于100℃的低温下超低光学损耗和超多层膜的制备；