[发明专利]一种光致变多色的零级衍射光栅及其制造方法

权利要求书

1.一种光致变多色的零级衍射光栅的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：获得多组满足设计目标的光栅的光学结构和配置参数Q的解：

其中，对于平行条纹光栅或环形条纹光栅：Λ-周期、W-线条顶部线宽、M-线条底部线宽、H-槽深、H₀-所覆盖膜层的厚度、D-槽的底部宽度、α侧壁角，W≤M，Λ= M+ D，0°＜α≤90°；

对于柱状阵列光栅：Λ-周期、W-柱状线条顶部线宽、M-柱状线条底部线宽、H-柱高、H₀-所覆盖膜层的厚度、D-邻柱底部间距、α侧壁角，W≤M，Λ= M+ D，0°＜α≤90°；

设计目标如下：

①察角度范围：20°～75°；②入射角：60°；③反射光方位角：反射光方位角90°时，在A波段衍射效率大于99%，在B波段衍射效率小于1%；反射光方位角0°时，在B波段衍射效率大于99%，在A波段衍射效率小于1%； ④半带宽：大于10nm；其中，A波段和B波段是可见光波长范围390～760nm以及红外波段波长范围、紫外波段波长范围内的任意两个不同波段；

步骤2：对步骤1获得的多组解分别进行蒙特卡洛模拟，在同样误差条件下，选择包络线内整体光谱曲线最多的一组解作为Q的最优解，即光栅的制造参数；以及，对最优解中的各个参数进行灵敏度分析，所述的灵敏度是指光栅衍射光谱特性对各个参数的变化率，光栅衍射光谱特性对某个参数的变化率越大则该参数的灵敏度越高；

步骤3：按照步骤2确定的制造参数制备光致变多色的零级衍射光栅，并在制备过程中按照步骤2确定的灵敏度顺序，优先保证灵敏度高的制造参数的精度。

2.如权利要求1所述的光致变多色的零级衍射光栅的制造方法，其特征在于，步骤1中，先初筛出x组Q的解，或初步给出Q的取值范围，然后对初筛出的x组解或Q的取值范围进行数值优化计算，在给定的设计目标①~④内找到多组解{Q}，使得在某个波段内，满足设计目标①~④，所述数值优化计算的方法为遗传算法、总极值法、最小二乘法或平方根法。

3.如权利要求1所述的光致变多色的零级衍射光栅的制造方法，其特征在于，步骤1中，将光栅截面视为任意面型，对于任意面型的光栅结构进行建模时，首先对光栅截面进行分层，并将每一层的光栅面型作为矩形面型，然后采用严格耦合波分析法、有限元法、边界元法或有限时域差分法对各层矩形面型分别建模计算，最后通过电磁场边界条件将各层的计算结果进行关联，并对影响衍射特性的参数进行数值优化计算，在给定的设计目标①~④内找到Q的多组解。

4.如权利要求1~3任意一项所述的光致变多色的零级衍射光栅的制造方法，其特征在于，所述蒙特卡洛模拟的步骤如下：

对于从Q的多组解中选取的某个解，根据衍射光谱计算函数，模拟的各项误差，产生服从误差分布3%～10%的随机数和抽样数列；

对于设定的误差范围，在模拟出的衍射光谱分布图中，每一个光谱的分布均对应一组N维的随机生成的变量，则在包含N个光谱的分布中，每个光谱都有一组随机数与之对应，据此可以判断抽样数列中的某组参数对应的光谱是否在预计范围内。