CN103576220A - Te偏振的石英1×2分束斜光栅 - Google Patents

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Abstract

一种用于1064纳米波长的TE偏振的石英1×2分束斜光栅，该分束光栅的光栅周期为798～802纳米，倾斜角为14～16度，脊深为755～759纳米，占空比为0.5。当TE偏振光在一级布拉格角入射（23.41度）时，其透射光将分成等强度的2束光，这2束光总的衍射效率大于98%，并且其均匀性优于3%。本发明TE偏振倾斜石英1×2分束光栅由电子束直写装置结合微电子深刻蚀工艺加工而成，取材方便，造价小，能大批量生产，具有重要的实用前景。

Description

TE偏振的石英1×2分束斜光栅
技术领域
本发明涉及透射分束光栅，特别是一种用于1064纳米波长的TE偏振的石英1×2分束斜光栅。
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。由于传统的多层膜结构分束器工艺复杂，成本昂贵，而且激光破坏阈值不高，因此限制多层膜结构的广泛应用。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。对于倾斜石英光栅，由于其布拉格角可以随着倾斜角的变化而变化，可以根据实际的光学系统来设计所需的倾斜角，这样可以使倾斜光栅更方便的应用在光学系统中。
Jijun Feng等人设计了一种光垂直入射下的高效率透射式矩形石英偏振无关1×3分束光栅，其TE与TM波透射效率均高于97%【在先技术1：J.Feng et al.,Appl.Opt.47,6638-6643(2008)】。以上光栅都是基于矩形结构，倾斜光栅不仅可以增加设计的灵活性，还可以满足实际光学系统对入射角的要求。
倾斜光栅是利用微电子深刻蚀工艺，在基底上加工出的具有倾斜槽形的光栅。高密度倾斜光栅的衍射理论，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2：M.G.Moharam etal.,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1064纳米波长给出在熔融石英基片上制作的TE偏振1×2倾斜分束光栅。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于1064纳米波长的TE偏振的石英1×2分束斜光栅。当TE偏振光在一级布拉格角入射（23.41度）时，该光栅可以使入射光分成2束等强度的透射光，这2束透射光的总效率大于98%，并且均匀性优于3%。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1064纳米波长的TE偏振的石英1×2分束斜光栅，其特征在于该分束光栅的光栅周期为798～802纳米，倾斜角为14～16度，脊深为755～759纳米，占空比为0.5。
最佳的分束光栅的光栅周期为800纳米，倾斜角为15度，脊深为757纳米，占空比为0.5。
本发明的技术效果如下：
特别是当分束光栅的光栅周期为800纳米，倾斜角为15度，脊深为757纳米，占空比为0.5，该光栅透射光的总效率大于98%，并且均匀性优于3%。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。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。
附图说明
图1是本发明1064纳米波长的TE偏振高效率石英1×2分束斜光栅的几何结构。
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代表入射光，4、5分别代表TE模式下的-1、0级衍射光。d为光栅周期，h为光栅深度,θin为入射角，φs为倾斜角。
图2是本发明要求范围内一个实施例的0、-1级总衍射效率随波长变化的曲线。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1，图1是本发明TE偏振1×2石英分束斜光栅的几何结构。图中，区域1、2都是均匀的，分别为空气（折射率n1=1）和熔融石英（折射率n2=1.45）。TE偏振入射光对应于电场矢量的振动方向垂直于入射面，其垂直入射到光栅。由图可见，本发明用于波长为1064纳米波段的TE偏振石英透射分束斜光栅，该分束光栅的光栅周期为798～802纳米，倾斜角为14～16度，脊深为755～759纳米，占空比为0.5。
在如图1所示的光栅结构下，本发明采用严格耦合波理论【在先技术4】计算了石英斜光栅在1064纳米波段的衍射效率。
表1给出了本发明一系列实施例，表中d为光栅周期，φs为倾斜角，h为光栅深度，λ为入射波长，Unifromity为2个端口的衍射均匀性，η为衍射效率。在制作本发明用于1064纳米波长的TE偏振的石英1×2分束斜光栅的过程中，适当选择光栅周期、倾斜角和刻蚀深度就可以在一定的带宽内得到高衍射效率和均匀性较好的透射1×2分束光栅。
图2是本发明要求范围内一个实施例的0、-1级总衍射效率随波长变化的曲线。
本发明的TE偏振高效率倾斜石英透射分束光栅，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。
表1TE偏振光入射时不同波长的光在2个端口的总衍射效率和均匀性。
Figure BDA0000394055850000031

Claims (2)

1.一种用于1064纳米波长的TE偏振的石英1×2分束斜光栅，其特征在于该分束光栅的光栅周期为798～802纳米，倾斜角为14～16度，脊深为755～759纳米，占空比为0.5。
2.根据权利要求1所述的TE偏振的石英1×2分束斜光栅，其特征在于所述的分束光栅的光栅周期为800纳米，倾斜角为15度，脊深为757纳米，占空比为0.5。
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