CN103901515A

CN103901515A - 一种532纳米波段的矩形石英双偏振闪耀光栅

Info

Publication number: CN103901515A
Application number: CN201210569718.3A
Authority: CN
Inventors: 赵华君; 袁代蓉
Original assignee: Chongqing University of Arts and Sciences
Current assignee: Chongqing University of Arts and Sciences
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2014-07-02

Abstract

一种用于532纳米波段的矩形石英介质双偏振闪耀光栅，其特征在于该光栅采用石英介质，表面为矩形浮雕结构，周期为490纳米-530纳米，槽深为0.97微米-1.17微米，光栅的占空比为0.62。在自准直角设置下，该双偏振闪耀光栅可以将TE偏振和TM偏振入射光同时衍射到－1级透射光束中，对TE偏振和TM偏振入射光的－1级衍射闪耀效率均高于90%。本发明的矩形石英双偏振闪耀光栅由光刻加工而成，且结构简单、制作方便。

Description

一种532纳米波段的矩形石英双偏振闪耀光栅

技术领域

本专利涉及一种双偏振闪耀光栅，特别是一种532纳米波长的，可用于高强度激光系统、光栅光谱仪、精密测量等领域的矩形石英双偏振衍射闪耀光栅。

背景技术

衍射光栅是光栅光谱仪的核心色散器件，使用时通常需要将入射光衍射到光栅的某一级次。然而，在普通的衍射光栅中，没有色散特性的零级衍射光占据了很大一部分能量，而其他级次尤其是高级次的衍射光强度较弱。为了克服这个问题，利用刻槽的特定形状形成的光栅可以将衍射光集中到某一特定级次的光谱上，这种光栅称为闪耀光栅。传统的闪耀光栅，其刻槽通常呈锯齿形，一般采用机械刻划的方法加工。这种方法加工的闪耀光栅通常精度较低。另外，也有采用光刻工艺加工的刻槽呈阶梯形的闪耀光栅。然而，无论锯齿形还是阶梯形闪耀光栅，均要求刻槽面与光栅面之间保持某一特定倾角，这对光栅的加工精度要求很高，使光栅加工工艺繁复，衍射效率降低，大大限制了其应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的532纳米波段的刻槽呈矩形面型的石英双偏振闪耀光栅，该光栅可以将TE（电矢量平行于光栅刻槽）和TM（电矢量垂直于光栅刻槽）两种偏振模式相互垂直的一束入射光同时衍射到光栅的－1级透射输出。在26.1度<θ<36.0度的入射角范围内，TE偏振光和TM偏振光的－1级透射衍射率均高于90%。本发明的532纳米波段的矩形石英双偏振闪耀光栅制作工艺简单，闪耀效率高。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于532纳米波段的矩形石英双偏振闪耀光栅，其特征在于该光栅采用石英介质，表面刻槽为矩形浮雕结构，周期为490纳米-530纳米，槽深为0.97微米-1.17微米，光栅的占空比为0.62。

所述的532纳米波段的矩形石英双偏振闪耀光栅的周期为510纳米，槽深为1.07微米。

本发明的依据如下：

图1显示了矩形石英双偏振闪耀光栅的几何结构。区域1和区域2分别为均匀的空气（折射率n ₁ = 1.0）和石英（折射率n ₂ = 1.5）。区域1与区域2之间为矩形周期结构的光栅层，本例光栅介质为石英。TE偏振和TM偏振的线性偏振平面波以角度θ入射到光栅面，同时实现TE偏振和TM偏振的－1级透射衍射闪耀。

在如图1所示的光栅结构下，本发明采用严格耦合波理论计算了矩形石英双偏振闪耀光栅在532纳米波长处对TE和TM偏振入射光的－1级衍射闪耀效率。如图2、3所示，依据理论计算得到高闪耀效率矩形石英双偏振闪耀光栅的优化参数，即当光栅的占空比为0.62，周期为490纳米－530纳米，刻蚀深度为0.97微米－1.17微米时，双偏振闪耀光栅的透射闪耀效率大于90%。特别是光栅周期为510纳米、刻蚀深度为1.07微米时，可以使TE和TM偏振入射光的－1级衍射透射闪耀效率均高于97%。

如图4所示，光栅周期为510纳米，刻蚀深度为1.07微米，占空比为0.62，入射波长为532纳米，该双偏振闪耀光栅在26.1度<θ<36.0度入射角范围内所有TE偏振和TM偏振入射光的－1级衍射闪耀效率均可高于90%，即对应9.9度的角度带宽。

如图5所示，光栅周期为510纳米，刻蚀深度为1.07微米，占空比为0.62，自准直入射角θ＝30.8度，该双偏振闪耀光栅在502纳米<λ<582纳米入射波长范围内所有TE偏振和TM偏振入射光的－1级透射衍射闪耀效率均可高于90%，即对应80纳米的波长带宽。

附图说明

图1为本发明532纳米波段的矩形石英双偏振闪耀光栅的几何结构。

图2为本发明532纳米波段的矩形石英双偏振闪耀光栅在TE偏振光入射时不同光栅周期和刻蚀深度下的－1级衍射闪耀效率，自准直角θ＝30.8度，入射波长λ＝532纳米，占空比f＝0.62。

图3为本发明532纳米波段的矩形石英双偏振闪耀光栅在TM偏振光入射时不同光栅周期和刻蚀深度下的－1级衍射闪耀效率，自准直角θ＝30.8度，入射波长λ＝532纳米，占空比f＝0.62。

图4为本发明532纳米波段的矩形石英双偏振闪耀光栅在周期为510纳米，刻蚀深度为1.07微米，入射波长λ＝532纳米时，TE偏振和TM偏振入射光的－1级透射衍射闪耀效率随入射角的变化曲线。

图5为本发明532纳米波段的矩形石英双偏振闪耀光栅在周期为510纳米，刻蚀深度为1.07微米，自准直入射角θ＝30.8度时，TE偏振和TM偏振入射光的－1级透射衍射闪耀效率随入射光波长的变化曲线。

图6为全息曝光记录光栅的光路图。图中1代表氦镉激光器，2代表快门，3代表反射镜，4代表扩束镜，5代表透镜，6代表分束镜，7代表石英基片。

具体实施方式

通过微细加工法制作矩形石英双偏振闪耀光栅。制作过程包括：石英基片镀铬→涂光刻胶→曝光→显影→刻蚀→去除残余铬膜等步骤。首先在清洁、干燥的熔融石英基本上沉积一层均匀的铬膜，并在铬膜上均匀涂上一层正光刻胶。然后采用全息曝光记录光栅，如图6所示，He－Cd激光器，波长为441纳米，发出两束平面波以2θ夹角在石英基片上形成干涉场。曝光完成后，进行显影，并用去铬液将光刻图案从光刻胶转移到铬膜上，利用化学试剂去出多余的光刻胶。最后，采用等离子体刻蚀方法将光栅图案转移到石英基片上，并去出残余铬膜，就得到表面浮雕结构的矩形石英光栅。

按以上步骤制作的光栅，在自准直角θ ＝ 30.8度，波长工作为532纳米时，根据表1，适当选择光栅刻蚀深度和周期，就能得到高衍射效率、高闪耀效率的亚波长石英透射双偏振闪耀光栅，可以使TE偏振和TM偏振入射光的－1级透射衍射率均达到97%。在入射角26.1度<θ<36.0度和入射波长502纳米<λ<582纳米范围内光栅的－1级透射衍射闪耀效率均高于90%。

本发明的532纳米波段的矩形石英双偏振闪耀光栅，只存在－1级衍射，具有很高的闪耀效率，利用微细加工法制作，可大批量、低成本生产，制作的光栅闪耀特性优良，抗损伤域值高，性能稳定可靠。

表1 不同光栅刻槽深度和周期时的－1级衍射闪耀效率

Claims

1.一种用于532纳米波段的矩形石英双偏振闪耀光栅，其特征在于该光栅采用石英介质，表面为矩形浮雕结构，周期为490纳米-530纳米，槽深为0.97微米-1.17微米，光栅的占空比为0.62。

2.根据权利要求1所述的532纳米波段的矩形石英双偏振闪耀光栅，其特征在于该光栅的周期为510纳米，槽深为1.07微米。