[發明專利]基于金屬多層介質膜的偏振選擇反射式光柵

有效

• 申請號: 201711252001.5
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN108008478B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 關賀元;江夢江;李翰光;郎宇威;王曉麗;陳哲;余健輝;盧惠輝;朱文國
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 邱奕才;凌衍芬

本發明公開了一種用于1550納米中心波長的基于金屬多層介質膜的偏振選擇反射式光柵，包括自內向外依次鍍制的石英基底、金屬層、匹配層和光柵刻蝕層，所述光柵刻蝕層包括自內向外依次鍍制的第一低折射率膜層和第一高折射率膜層，所述匹配層包括自內向外依次鍍制的第二低折射率膜層與第二高折射率膜層，所述光柵刻蝕層的周期為1200～1300納米，占空比為0.2～0.4，第一低折射率膜層的厚度為100～160納米，第一高折射率膜層的厚度為240～310納米，第二高折射率層的厚度為90～150納米；第二低折射率膜層的厚度為240～300納米，所述的金屬層的厚度大于50納米。本發明具有寬光譜、寬角譜、高衍射效率等特點，且對不同偏振的入射光表現出完全不同的衍射特性。

技術領域

本發明涉及反射光柵技術領域，具體涉及一種基于金屬多層介質膜的偏振選擇反射式光柵。

背景技術

通常情況下，金屬多層介質膜光柵在高功率激光系統中應用非常廣泛，這是由于它不僅擁有很高的衍射效率同時還擁有高抗激光損傷閾值等特性。然而，金屬多層介質膜光柵除了可以用作高功率超短脈沖激光系統的脈沖壓縮光柵以外，還可以作為偏振選擇光柵。傳統的偏振選擇光柵通常是由多層介質膜結構組成，這種偏振選擇光柵具有的缺點是帶寬比較窄，且對入射光的入射角度的變化非常敏感。因此，為了適應新型光學設備的需求，發明一種同時具有高衍射效率、足夠寬的衍射帶寬的偏振選擇光柵是有強烈的應用需求的。

金屬介質膜光柵的衍射理論，不能由標量光柵衍射方程來解析，而必須采用嚴格耦合波理論的算法【參見在先技術1：M. G.. Moharam et al., J. Opt. Soc. Am. A. 12,1077(1995)】精確地計算出結果。現有技術中沒有針對1550納米中心波段給出寬光譜，寬角譜、高衍射效率的基于金屬多層介質膜偏振選擇反射式光柵。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于1550納米中心波長的具有高衍射效率的基于金屬多層介質膜偏振選擇反射式光柵。

為達到上述目的，本發明的技術解決方案如下：

一種用于1550納米中心波長的基于金屬多層介質膜偏振選擇反射式光柵，包括自內向外依鍍制次的石英基底、金屬層、匹配層和光柵刻蝕層，所述光柵刻蝕層包括自內向外依次鍍制的第一低折射率膜層和第一高折射率膜層，所述匹配層包括自內向外依次鍍制的第二低折射率膜層與第二高折射率膜層，所述光柵刻蝕層的周期為1200～1300納米，占空比為0.2～0.4，第一低折射率膜層的厚度為100～160納米，第一高折射率膜層的厚度為240～310納米，第二高折射率層的厚度為90～150納米；第二低折射率膜層的厚度為240～300納米，所述的金屬層的厚度大于50納米。

本發明由基底、金屬層、多層介質膜和表面浮雕結構組成，基底為石英基底，匹配層為多層介質膜，是由高低折射率材料交替組成的膜堆，利用多層介質膜的干涉原理可以對特定波長、特定角度和特定的偏振態進行設計得到高反射率。一方面由于金屬的寬光譜特性，另一方面減少介質膜的層數來降低膜堆內的機械應力，在石英基底與匹配層之間進行鍍金屬層。表面浮雕結構為光柵刻蝕層，也為高低折射率材料交替組成。光柵上方為空氣，折射率等于1，一束入射光從空氣進入到光柵，然后經過匹配層，進入到高反金屬層，到達金屬層之后被反射，再次經過匹配層和光柵刻蝕層，最后出射到空氣。由此可見，入射光在進入金屬介質膜偏振選擇性光柵再被反射這個過程中，光被光柵、膜層共同調制，其中TE偏振光集中在-1級反射，產生了寬波長范圍下高衍射效率的效果；而TM偏振光則被均勻地反射在-1級和0級之間，此外-1級和0級的衍射效率之和在寬波長范圍下也高。通過對所述基于金屬多層介質膜偏振選擇反射式光柵深度、形狀、周期、膜層層數以及厚度優化設計，該光柵對TE入射偏振光可以實現寬波長范圍內-1級衍射效率高于98%；此外，該光柵可以實現將TM偏振入射光均勻地反射到-1級和0級之間，并且-1級和0級的衍射效率之和在寬波長范圍下高于98%。達到高衍射效率的同時表明發明有較寬的衍射光譜，衍射角譜以及較好的工藝容差。