[發明專利]偏振無關寬帶高效率石英透射光柵

無效

• 申請號: 200910195905.8
• 申請日: 2009-09-18
• 公開（公告）號: CN101661126A
• 公開（公告）日: 2010-03-03
• 發明（設計）人: 周常河;曹紅超;馮吉軍;賈偉;武騰飛
• 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;G03F7/00
• 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

本發明涉及針對800納米波長的石英透射光柵，特別是一種偏振無關寬帶高效率石英透射光柵。

背景技術

在飛秒激光領域，尤其是在啁啾脈沖放大技術中，人們往往需要高衍射效率、較大的角度色散、較寬波長范圍和角度帶寬的衍射光柵。最近，Wei?Jia等人在熔石英上制作了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％。而且，這種透射式光柵對光脈沖壓縮器的尺寸非常小(通常只有幾個毫米)從而大大的減小了整個激光器系統的尺寸【在先技術1：W.Jia?et?al.，Appl.Opt.47，6058(2008)】。但是，Wei?Jia等人制作的這種透射式石英光柵屬于窄帶偏振相關器件，即它只在較窄的波長帶寬內對一個偏振態(TE偏振)可以實現高效率，不能滿足偏振無關和寬帶的需求。

熔融石英是一種理想的光柵材料，它具有高光學質量：穩定的性能、高損傷閾值和從深紫外到遠紅外的寬透射譜。因此，刻蝕高密度深刻蝕熔融石英光柵作為新型的偏振無關寬帶器件具有廣泛的應用前景。

矩形深刻蝕光柵是利用微電子深刻蝕工藝，在基底上加工出的具有較深槽形的光柵。由于表面刻蝕光柵的刻蝕深度較深，所以衍射性能類似于體光柵，具有體光柵的布拉格衍射效應，這一點與普通的表面淺刻蝕平面光柵完全不同。高密度矩形深刻蝕光柵的衍射理論，不能由簡單的標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合邊界條件，通過編碼的計算機程序精確地計算出結果。Moharam等人已給出了嚴格耦合波理論的算法【在先技術2：M.G.Moharam?etal.，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偏振無關寬帶透射式光柵的設計參數。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對常用800納米波長的激光器提供一種偏振無關寬帶高效率石英透射光柵。該光柵可以使TE和TM偏振光在1級布拉格入射角的情況下的-1級衍射效率在140納米(740-880納米)波長帶寬內均高于90％。因此，在具有重要的實用價值。

本發明的技術解決方案如下：

一種用于800納米波段的偏振無關寬帶石英透射光柵，其特點在于該光柵的周期為700～800納米、刻蝕深度1.5～2.5微米，光柵的占空比為0.55～0.75。

所述的偏振無關寬帶石英透射光柵的周期為750納米，光柵的刻蝕深度為1.95微米。

本發明的依據如下：

圖1顯示了偏振無關寬帶高效率石英透射光柵的幾何結構。區域1、2都是均勻的，分別為空氣(折射率n₁＝1)和熔融石英(折射率n₂＝1.45)。TE偏振入射光對應于電場矢量的振動方向垂直于入射面，TM偏振入射光對應于磁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*n₁))入射(定義為1級Bragg條件)，λ代表入射波長，Λ代表光柵周期。

在如圖1所示的光柵結構下，本發明采用嚴格耦合波理論【在先技術2】計算了矩形熔融石英光柵在800納米波段衍射效率。我們利用模式理論【在先技術3：J.Zheng?et?al.，J.Opt.Soc.Am.A.25，1075(2008)】設計這種偏振無關寬帶高效率透射石英光柵，并采用嚴格耦合波理論【在先技術2】優化所得光柵結構。圖2給出了依據理論計算得到高衍射效率矩形光柵的數值優化結果。從圖中可以看出，當光柵的占空比為0.55～0.75、刻蝕深度為1.5～2.5微米時，光柵在-1級的衍射效率大于90％。

特別是當光柵的周期為750納米，深度為1.95微米，若考慮800納米附近TE和TM偏振模式的入射光以對應的1級Bragg角度入射到光柵時，該光柵在700～900納米波長范圍內所有波長的-1級衍射效率均可以達到80％以上，在740～880納米波長范圍內所有波長的-1級衍射效率均可以達到90％以上。

附圖說明

圖1是本發明800納米波長的偏振無關寬帶高效率石英透射光柵的幾何結構。

圖2是本發明偏振無關寬帶石英透射光柵(熔融石英的折射率取1.45332，光柵周期750納米)在不同占空比和刻蝕深度下TE和TM之間最小值的衍射效率密度曲線。