[發明專利]矩形槽石英透射偏振分束光柵

無效

• 申請號: 201010142941.0
• 申請日: 2010-04-09
• 公開（公告）號: CN101846759A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 畢群玉;孫美智;謝興龍;林尊琪
• 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 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及偏振分束光柵，特別是一種TE波和TM波衍射效率均可達99％以上的寬帶的矩形槽石英透射偏振分束光柵。

背景技術

偏振分束器是一種關鍵的光學元件，它可以將入射光分成兩束偏振方向相互垂直的偏振光，在偏振成像系統、自由空間光交換網絡和磁光存儲系統中有廣泛地應用。在大多數應用中，人們常常需要高消光比，即高衍射效率，較寬可操作波長范圍，體積小，低成本的偏振分束器。傳統的偏振分束器多是利用晶體的自然雙折射效應或者是多層介質膜的偏振特征設計制作的。但是，利用雙折射效應制作的偏振分束器(例如Nicol棱鏡和Wollaston棱鏡)不僅笨重，體積大，而且價格昂貴，不利于集成；而薄膜偏振分束器的工作帶寬較小，且常常需要鍍幾十層膜，制作工藝復雜，對制作環境和技術的要求較高。

近些年來，隨著微制作技術的快速發展和日趨成熟，利用亞波長表面浮雕型光柵的偏振特性設計的偏振分束器引起人們的廣泛興趣。與傳統的偏振分束器相比，表面浮雕型光柵的結構緊湊，易于小型化和集成化，并且可以借助成熟的微電子工藝技術低成本大量制造，具有重要的實用前景。石英是一種物理性質和化學性質均十分穩定的礦產資源，具有損傷閾值高，熱膨脹系數小，折射率可控等特點【參見在先進技術1：折射率可控的多孔性二氧化硅減反膜的制備方法，唐永興、熊懷、李海元、陳知亞，申請號為200910048696.4】，是用于制作偏振分束光柵的優良材料。在光通信領域，王博等人設計了1550納米波長的石英透射偏振分束光柵，其衍射效率在理論上TE波(即電場偏振方向垂直于入射面)的衍射效率可達90.02％，TM波(即磁場偏振方向垂直于入射面)的衍射效率達99.05％，并在1512-1601nm的波長范圍內的消光比均達到100以上【參見先進技術2：1550納米波長的石英反射偏振分束光柵，周常河、王博，專利號為ZL2006100234207】。雖然該設計對TM波的衍射效率較高，但是TE波的衍射效率較低，因此，可通過改進光柵結構，進一步提高其效率。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種矩形槽石英透射偏振分束光柵，該光柵可以將互相垂直的TE、TM兩種偏振模式光分開，使其對中心波長在各自方向上的衍射效率達到99％以上，并具有較寬的使用帶寬。

本發明的技術解決方案如下：

一種矩形槽石英透射偏振分束光柵，其特點是該光柵的結構包括熔融石英矩形槽光柵及其表面的多孔性二氧化硅增透膜，該光柵存在兩種偏振方式：

第一種偏振方式是TM波被衍射到0級，而TE波則被衍射至-1級，該方式的光柵的歸一化周期ρ，即光柵周期與入射波長的比值的變化范圍為0.582～0.854，而其它參數滿足下列關系式：

f＝3.3098ρ²-6.2731ρ+2.991，

Δn_eff，TE＝-1.9076f²+1.8060f-0.0214，

其中：f表示占空比，即光柵線寬占光柵周期的比例，Δn_eff，TE為TE波的有效折射率差，光柵的刻蝕深度為λ₀為中心波長；

第二種偏振方式是TM波被衍射到-1級，TE波被衍射到0級，該方式的光柵結構的歸一化周期ρ的變化為0.624～1.049，其余參數滿足下列關系式：

f＝1.0228ρ⁴-5.1384ρ³+10.0316ρ²-9.2527ρ+3.6559，

Δn_eff，TE＝-1.1568f²+1.0310f+0.1005，

其中光柵深度

該矩形槽石英透射偏振分束光柵，經分析和實驗表明，對中心波長按照設計要求制作的偏振分束光柵，TE和TM波的衍射效率都可達99％以上，且具有較大可使用波長范圍。

附圖說明

圖1是本發明偏振光柵分束器的幾何結構示意圖。

圖2是本發明偏振光柵分束器第一種分束方式幾何結構示意圖：TE波被衍射到-1級，TM波被衍射到0級。

圖3是本發明偏振光柵分束器第二種分束方式幾何結構示意圖：TM波被衍射到-1級，TE波被衍射到0級。

圖4是本發明偏振光柵分束器第一種分束方式滿足分束要求Δn_eff，TM＝0的光柵參數歸一化周期和占空比的關系曲線。