[发明专利]超高衍射效率光栅

说明书

本发明提供一种超高衍射效率光栅，光栅层设置于基底层上，在光栅层内设置有光栅；填充层采用填充材料将光栅层的镂空填平，并在光栅层的表面形成表面平整的填充层，填充层的引入，解决了制备光栅层之后的表面平整问题；增透层设置于填充层上，用于提高衍射效率。本发明采用填充材料将光栅层的镂空填平，并在填充层上方通过制备增透层增加透射率，解决了光栅层的表面平整问题并有效保证了超高衍射效率光栅的高效应用；相比飞秒激光直写的加工技术，本发明的制备过程中，光栅制备、填平、镀膜等工艺可以通过现有半导体工艺进行大面积制备，本发明具备制备速度快、制备面积大等优点，提高了生产效率，降低了成本。

技术领域

本发明涉及衍射光栅制备及应用技术领域，具体提供一种超高衍射效率光栅。

背景技术

衍射光栅被广泛的应用于光谱仪、激光光谱合束技术获得高功率高光束质量激光、飞秒激光的脉宽压缩等光学仪器和系统中。现有的的衍射光栅大部分能够做到90％以上的衍射效率，但受限于衍射光栅基底材料和空气天然的反射率，衍射效率难以达到98％以上，因此导致在光谱仪、激光光谱合束、飞秒激光脉宽压缩等光学系统中，光子反复入射到光栅表面，较低的衍射能量造成了较高的能量浪费，最终对各种光学仪器或系统产生了不利影响，例如对光谱仪后端探测器需求增高、对激光光谱合束后的激光能量利用率降低、对飞秒激光的脉冲能量造成了浪费等。尤其在中红外波段的应用中，由于吸收效果的原因，中红外材料不能使用当前的熔融石英和玻璃作为基底，通常用硅作为基底，然而硅的折射率跟空气的折射率相差过大，导致中红外的衍射光栅的衍射效率仅有60％左右。以激光光谱合束获得高功率高光束质量光斑为例，衍射光栅在光路中要对光子往复进行衍射，如果衍射一次衍射效率是90％，往复2次就是平方关系，即81％；中红外光栅衍射一次效率是60％，往复2次就是平方关系，即36％，能量利用率大幅度降低，对激光能量造成了严重的浪费。

为了解决基底和空气的折射率差带来的材料反射进而降低光栅衍射效率的问题，最好的解决方法是通过镀增透膜增加透射率，降低反射率，然而周期性起伏的光栅表面限制了镀膜的均匀性和有效性。为解决这一问题，部分高衍射效率光栅采用镂空熔石英，这样顶面的熔石英表面不存在崎岖不平的问题，可以通过高增透镀膜实现超高衍射效率，为满足制备要求需通过飞秒激光直写的方式制备，但飞秒激光直写的特点是每个线条单独扫描，当线条很多，光栅面积很大时，受到直写速度影响，制备高产量的超高衍射效率光栅需要花费大量时间，难以实现高效量产。

发明内容

本发明提供的超高衍射效率光栅，包括：

基底层；

光栅层，设置于基底层上，在光栅层内设置有光栅；

填充层，采用填充材料将光栅层的镂空填平，并在光栅层的表面形成表面平整的填充层；

增透层，设置于填充层上，用于提高衍射效率。

优选的，增透层采用镀介质膜的方式制备。

优选的，作为透射光栅使用时，基底层的底部与空气的接触界面还设置有增透层，在填充层上方和/或光栅层下方设置有相位匹配层，光子在发生反射时，相位匹配层使反射的光子相位叠加相消。

优选的，作为反射光栅使用时，基底层与光栅层中间设置有反射层，用于反射光子，增大反射效率。

优选的，反射层的上表面还设置有相位匹配层，光子在发生透射时，相位匹配层使透射的光子相位叠加相消。

优选的，通过半导体工艺对光栅层、填充层和增透层进行制备。

与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

本发明采用填充材料将光栅层的镂空填平，并在填充层上方通过制备增透层增加透射率，解决了光栅层的表面平整问题并有效保证了超高衍射效率光栅的高效应用。