[發(fā)明專利]石英透射偏振分束光柵

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910054510.6
• 申請日: 2009-07-08
• 公開（公告）號: CN101614836A
• 公開（公告）日: 2009-12-30
• 發(fā)明（設計）人: 周常河;馮吉軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;G02B27/28
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發(fā)明涉及紅外光通信1310納米波長的高消光比高衍射效率偏振分束光柵器件，特別是一種石英透射偏振分束光柵。

背景技術

隨著信息技術的迅猛發(fā)展，具有容量大、損耗低、傳輸距離遠等優(yōu)點的光通信得到了越來越廣泛的應用。在光通信以及許多光學信息處理系統(tǒng)中，偏振分束器是一種關鍵元件，它可以將光分成兩束偏振模式相互垂直的偏振光。大多數(shù)應用中，人們往往需要高消光比、高衍射效率、較寬的可操作波長范圍和角度帶寬、體積小的偏振分束器。傳統(tǒng)的偏振分束器是基于一些晶體的自然雙折射效應(例如Thomson棱鏡、Nicol棱鏡和Wollaston棱鏡)或者多層介質(zhì)膜的偏振選擇性。但是，利用雙折射晶體所制成的偏振分束器體積大、價格昂貴；而薄膜偏振分束器一般工作帶寬較小，薄膜層數(shù)達到幾十層，對均勻性和對稱性要求較嚴，加工較難，高消光比元件的成本很高。隨著微制造技術的快速發(fā)展，近年來涌現(xiàn)出的光子晶體，也可用作偏振分束器，但同樣存在著制造困難等不利因素。同時亞波長光柵表現(xiàn)出來的特有光學效應受到人們的廣泛關注。近來，一些研究工作報道了表面浮雕型光柵作為偏振分束器。與其它偏振分束器相比，表面浮雕型偏振分束光柵結構緊湊，易于小型化和集成化，且插入損耗小，是一種無源器件。在這些已報道的表面浮雕型偏振分束光柵中，有矩形槽型偏振分束光柵，三角槽型偏振分束光柵等。矩形槽型偏振分束光柵的消光比和衍射效率不是很高，但易于制造加工。三角槽型偏振分束光柵有極高的消光比和衍射效率，但難于實際制作。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術問題是針對常用1310納米波長的紅外光提供一種石英透射偏振分束光柵，該光柵可以將TM、TE兩種偏振模式相互垂直的光分為不同的方向，實現(xiàn)0級和1級衍射光消光比大于100。在光通信0波段(1260～1360納米)，實現(xiàn)0級和-1級衍射光較高的消光比，TM偏振光的0級透射衍射效率和TE偏振光的-1級透射衍射效率分別高于95.98％和96.59％。因此能夠?qū)崿F(xiàn)高消光比、高衍射效率的深刻蝕正弦槽型石英透射偏振分束光柵，具有重要的實用意義。

本發(fā)明的技術解決方案如下：

一種用于1310納米波段的石英透射偏振分束光柵，其特點在于該光柵的溝槽是正弦槽型，光柵的周期為737～780納米、刻蝕深度為1.942～2.204微米。

所述的高密度正弦深刻蝕石英光柵的周期為758納米，刻蝕深度為2.074微米。

本發(fā)明的依據(jù)如下：

圖1顯示了高密度正弦深刻蝕石英光柵的幾何結構。區(qū)域1、2都是均勻的，分別為空氣(折射率n₁＝1)和石英(折射率n₂＝1.44692)。TM偏振入射光對應于磁場矢量的振動方向垂直于入射面，TE偏振入射光對應于電場矢量的振動方向垂直于入射面。線性偏振的光波以一定角度θ_i＝sin^-1(λ/(2*Λ*n₂))入射(定義為Littrow條件，即-1級反射光沿原入射光的方向返回)，λ代表入射波長，Λ代表光柵周期。該偏振分束光柵的消光比定義為0級衍射光中TM、TE偏振模式衍射效率之比和-1級衍射光中TE、TM偏振模式衍射效率之比中較小的值。

在如圖1所示的光柵結構下，本發(fā)明采用嚴格耦合波理論【在先技術1】計算了高密度深刻蝕熔融石英正弦光柵在紅外1310納米波段的消光比和衍射效率。如圖2、3所示，依據(jù)理論計算得到高消光比、高衍射效率正弦光柵的數(shù)值優(yōu)化結果，即當光柵的周期為737～780納米、刻蝕深度為1.942～2.204微米時，偏振分束光柵的消光比大于100。特別是光柵周期為758納米，刻蝕深度為2.074微米時，可以使偏振分束光柵的消光比達到8.085×10³，TM偏振光0級透射衍射效率為97.76％，TE偏振光-1級透射衍射效率為97.49％。

如圖4、5所示，光柵的周期為758納米，深度為2.074微米，若考慮1310納米附近兩種偏振模式的入射光各自以對應的Littrow角度入射到光柵時，該偏振分束光柵在1275～1348納米波長范圍內(nèi)所有波長的消光比均可以達到100以上，即對應于73納米的譜寬范圍，TM偏振光的0級衍射效率和TE偏振光的-1級衍射效率分別高于96.72％和96.87％。