[發(fā)明專利]金屬嵌入式熔融石英寬帶反射光柵

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910054514.4
• 申請日: 2009-07-08
• 公開（公告）號: CN101609176A
• 公開（公告）日: 2009-12-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周常河;曹紅超;馮吉軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本專利涉及反射式光柵，特別是一種用于800納米波長的金屬嵌入式熔融石英寬帶反射式光柵。

背景技術(shù)

在啁啾脈沖放大技術(shù)中，人們往往需要高衍射效率、較寬波長范圍和較高的抗激光損傷能力的衍射光柵。最近，Wei?Jia等人在熔融石英上制作出了這種高衍射效率的透射式光柵，其-1級的衍射效率理論上可達98％。【在先技術(shù)1：W.Jia?et?al.，Appl.Opt.47，6058(2008)】。但是，在很多應(yīng)用，比如在光柵調(diào)諧窄線寬振蕩器、光柵脈沖壓縮器等中需要反射式光柵。傳統(tǒng)的多層介質(zhì)光柵以及純金屬光柵雖然可以滿足要求，但是多層介質(zhì)光柵的制作相當(dāng)復(fù)雜、制作成本較高；純金屬的全息光柵以及刻劃光柵的機械強度及抗激光損傷能力較弱，不適合用于高功率激光系統(tǒng)。

熔融石英是一種理想的光柵材料，它具有高光學(xué)質(zhì)量：穩(wěn)定的性能、高損傷閾值和從深紫外到遠紅外的寬透射譜。金作為一種常用的金屬反射膜，其強度和穩(wěn)定性較好，在紅外區(qū)的反射率很高。目前，常用的金屬反射光柵大多以金為薄膜材料。因此，利用熔融石英和金材料結(jié)合制作新型的嵌入式反射式光柵具有廣泛的應(yīng)用前景。

矩形光柵是利用微電子深刻蝕工藝，在基底上加工出的具有矩形槽形的光柵。高密度矩形光柵的衍射理論，不能由簡單的標(biāo)量光柵衍射方程來解釋，而必須采用矢量形式的麥克斯韋方程并結(jié)合邊界條件，通過編碼的計算機程序精確地計算出結(jié)果。Moharam等人已給出了嚴格耦合波理論的算法【在先技術(shù)2：M.G?Moharam?et?al.，J.Opt.Soc.Am.A.12，1077(1995)】，可以解決這類高密度光柵的衍射問題。但據(jù)我們所知，目前為止，還沒有人針對常用800納米波長給出在熔融石英基片上制作的金嵌入式反射光柵的設(shè)計參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對常用800納米波長的激光器提供一種寬帶金屬嵌入式熔融石英寬帶反射光柵。該金屬嵌入式熔融石英寬帶反射光柵可以使TE偏振光在利特羅入射角的情況下的-1級衍射效率在130納米(780～910納米)的波長帶寬內(nèi)高于90％；而當(dāng)在非利特羅角入射的情況下的-1級衍射效率在284納米(780～1064納米)的波長帶寬內(nèi)高于80％。因此，該金屬嵌入式熔融石英寬帶反射光柵在啁啾脈沖壓縮技術(shù)中具有重要的實用價值。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種用于800納米波段的金屬嵌入式熔融石英寬帶反射光柵，其特點在于該光柵的周期為450～550納米、刻蝕深度700～900納米，金膜的厚度為380～660納米，光柵的占空比為0.4。

所述的金屬嵌入式熔融石英寬帶反射光柵的周期為550納米，光柵的刻蝕深度為800納米，金膜的厚度為550納米。

本發(fā)明的依據(jù)如下：

圖1顯示了金屬嵌入式熔融石英寬帶反射光柵的幾何結(jié)構(gòu)。區(qū)域1、2、3都是均勻的，分別為熔融石英(折射率n₁＝1.45332)、金膜(折射率n₂＝0.18-i5.13)和空氣(折射率n₃＝1.0)。TE偏振入射光對應(yīng)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*n₃))入射(定義為利特羅角)，λ代表入射光波長，Λ代表光柵周期。

在如圖1所示的光柵結(jié)構(gòu)下，本發(fā)明采用嚴格耦合波理論【在先技術(shù)2】計算了矩形金屬嵌入式熔融石英寬帶反射光柵(占空比為0.4)的-1級衍射效率隨入射角的變化曲線如圖2所示，即當(dāng)光柵的周期為550納米、刻蝕深度為800納米，金膜的厚度為550納米時，該光柵的-1級衍射效率在30°的角度帶寬內(nèi)大于90％。

如圖3所示，光柵的周期為550納米，深度為800納米，金膜厚度為550納米，在利特羅角入射時，TE偏振模式的入射光在120納米的(780～900納米)譜寬范圍內(nèi)的-1級衍射效率均可以達到90％以上。

如圖4所示，TE偏振模式的入射光以72°角度(非利特羅角度)附近入射到光柵時，光柵的周期為550納米，深度為800納米，金膜厚度550納米，光柵占空比為0.4時，TE偏振模式的入射光在284納米的(780-1064納米)的寬譜寬范圍內(nèi)的-1級衍射效率均可以達到80％以上。

附圖說明

圖1是本發(fā)明金屬嵌入式熔融石英寬帶反射光柵的幾何結(jié)構(gòu)。