[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(jì)）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

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于飛秒啁啾脈沖放大系統(tǒng)的寬光譜介質(zhì)膜光柵，尤其涉及一種用于中心波長為1053納米的飛秒激光脈沖放大系統(tǒng)的寬光柵高衍射效率金屬介質(zhì)膜光柵及其優(yōu)化方法，屬于衍射光柵技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

獲得超短超強(qiáng)激光脈沖的啁啾脈沖放大技術(shù)的性能(Chirped-pulse?amplification，CPA)主要取決于脈寬壓縮光柵，作為CPA系統(tǒng)中核心元件的衍射光柵必須具有盡可能高的衍射效率和高的抗激光損傷閾值，其使用波長為1053納米和TE模式。

設(shè)計(jì)和制備高衍射效率、高損傷閾值和寬光譜的脈寬壓縮光柵一直是CPA技術(shù)的重要研究方向。

鍍金光柵(Metal?grating)雖然工作帶寬相對較寬，但具有較強(qiáng)的吸收特性，很難獲得高的衍射效率和抗激光損傷閾值。

多層介質(zhì)膜光柵(Multi-layer?dielectric?grating，MDG)具有高的衍射效率和高的抗激光損傷閾值等優(yōu)點(diǎn)，但是由于多層介質(zhì)膜的干涉作用，其工作帶寬僅僅局限于幾十個(gè)納米范圍，其帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足飛秒激光對脈寬壓縮光柵寬光譜的要求。

目前，現(xiàn)有技術(shù)中有的采用全介質(zhì)多層膜的辦法，通過對多層介質(zhì)反射膜膜層結(jié)構(gòu)以及光柵層的周期、占空比、槽深等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在1053納米波長處可以獲得衍射效率97％以上的帶寬為100nm，這遠(yuǎn)不能滿足飛秒激光對寬光譜高衍射效率的要求。

為了擴(kuò)展光柵的工作帶寬和衍射效率，金屬介質(zhì)膜光柵成為主要的研究方向。金屬介質(zhì)膜光柵(Metal?Multi-layer?dielectric?grating，MMDG)充分結(jié)合了金屬的寬光譜和介質(zhì)膜光柵的高衍射效率特性，通過對金屬介質(zhì)膜反射鏡結(jié)構(gòu)以及表面光柵結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是獲得寬光譜高衍射效率脈寬壓縮光柵有效方式。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種寬光譜金屬介質(zhì)膜光柵及其優(yōu)化方法，更具體的說，是提供一種中心波長為1053納米的TE模式使用條件下的寬光譜高衍射效率的金屬介質(zhì)膜光柵及其優(yōu)化方法，以滿足飛秒激光對寬光譜高衍射效率的要求。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

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、金屬Ag膜、SiO₂介質(zhì)膜、HfO₂介質(zhì)膜、TiO₂介質(zhì)膜、剩余膜層以及表面光柵結(jié)構(gòu)；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；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°。

本發(fā)明所述的多層介質(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。所述的表面光柵結(jié)構(gòu)和剩余膜層的材料均為HfO₂。

本發(fā)明還提供了一種寬光譜金屬介質(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(jià)函數(shù)：