[發(fā)明專利]一種寬光譜金屬介質(zhì)膜光柵及其優(yōu)化方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110259825.1
• 申請日: 2011-09-05
• 公開（公告）號: CN102314040A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孔偉金;王淑華;云茂金;王書浩;盧朝靖;陳沙鷗
• 申請（專利權(quán)）人: 青島大學(xué)
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G02B5/18;B32B9/04;B32B15/00
• 代理公司: 北京鴻元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

1.一種寬光譜金屬介質(zhì)膜光柵，其特征在于：該光柵從下至上依次由基底(7)、金屬Ag膜(6)、SiO₂介質(zhì)膜(5)、HfO₂介質(zhì)膜(4)、TiO₂介質(zhì)膜(3)、剩余膜層(2)以及表面光柵結(jié)構(gòu)(1)；SiO₂介質(zhì)膜、HfO₂介質(zhì)膜和TiO₂介質(zhì)膜依次組成多層介質(zhì)膜；金屬Ag膜和多層介質(zhì)膜組成高反射膜(8)；光柵的周期為1480線/mm，光柵槽深為290納米，剩余膜層的厚度為10nm，占空比為0.28，入射角度為60°。

2.按權(quán)利要求1所述的一種寬光譜金屬介質(zhì)膜光柵，其特征在于：所述的多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)為(LHT)²，其中L表示SiO₂介質(zhì)膜，H表示HfO₂介質(zhì)膜，T表示TiO₂介質(zhì)膜，所述三種介質(zhì)膜的光學(xué)厚度均為參考波長720nm的四分之一；所述的金屬Ag膜的厚度為130nm。

3.如權(quán)利要求1或2所述的寬光譜金屬介質(zhì)膜光柵，其特征在于：表面光柵結(jié)構(gòu)和剩余膜層的材料均為HfO₂。

4.一種如權(quán)利要求1所述寬光譜金屬介質(zhì)膜光柵的優(yōu)化方法，其特征在于該方法包括下列步驟：

1)定義寬光譜金屬介質(zhì)膜光柵衍射效率光譜特性數(shù)值評價函數(shù)：

MFb=NΔλMFws={1NΣi(λi-λc)2}1/2---(I)]]>

其中：λ_i代表在一個連續(xù)變化的波長區(qū)間內(nèi)，衍射效率大于97％的第i個波長，N為λ_i的個數(shù)，λ_c為中心波長1053納米，□λ為波長間隔；MF_b用以表示衍射效率達到97％以上的可用光譜寬度，λi的均方根MF_WS用以表示衍射光譜對中心波長的偏離程度；

2)選定光柵的金屬介質(zhì)膜材料、多層介質(zhì)膜材料和基底折射率；所述的多層介質(zhì)膜由SiO₂介質(zhì)膜、HfO₂介質(zhì)膜和TiO₂介質(zhì)膜交替組成；根據(jù)啁啾脈沖放大系統(tǒng)和制備工藝設(shè)定金屬介質(zhì)膜光柵固定參數(shù)：周期、入射波長和入射光的偏振態(tài)；

3)選擇參與優(yōu)化的光柵參數(shù)：包括光柵的占空比、光柵槽深、剩余膜層的厚度和光柵入射角，并設(shè)定每個參數(shù)的取值范圍和間隔；

4)按照嚴格耦合波理論建立寬光譜金屬介質(zhì)膜光柵TE波衍射效率數(shù)值分析模型：

DE_ri＝R_iR_i^*Re(k_I，zi/k₀n_I?cosθ)???????????(II)

其中：R_i表示第i級衍射光的振幅反射系數(shù)，k_I，zi表示入射介質(zhì)中Z方向第i級入射波的波矢量，k₀是真空中的波矢量，n_I是入射介質(zhì)的折射率，是入射角；DE_n為衍射效率，Re表示取函數(shù)的實部；

5)根據(jù)公式(II)計算每組光柵參數(shù)對應(yīng)的各衍射級次歸一化的衍射效率；

6)根據(jù)評價函數(shù)公式(I)判斷光柵的結(jié)構(gòu)參數(shù)是否滿足衍射效率大于97％，工作帶寬是否大于190nm；

7)如果滿足則停止優(yōu)化，如果不滿足則繼續(xù)執(zhí)行步驟5)和步驟6)，直到找出滿足中心波長為1053納米的TE波，在反射-1級方向超過190nm寬光譜帶寬內(nèi)衍射效率高于97％為止。