[發明專利]基于兩個單脊光柵的5×5點陣衍射光柵

有效

• 申請號: 201810226783.3
• 申請日: 2018-03-19
• 公開（公告）號: CN108680978B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 周常河;魯云開;項長鋮
• 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
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種基于兩個單脊光柵的5×5點陣衍射光柵，該光柵是由兩個一維單脊光柵上下排列一體構成，且上層光柵的光柵周期方向與下層光柵的光柵周期方向互相垂直，所述的光柵周期均為1.309微米，上層光柵占空比為0.576～0.611，刻蝕深度為1.008～1.072微米，下層光柵占空比為0.5，刻蝕深度為0.873～0.897微米。當TM偏振光垂直入射時，將產生5×5的點陣，總的衍射角度為80°×80°，總的衍射效率大于93％，并且其均勻性優于8％。本發明由電子束直寫裝置結合微電子深刻蝕工藝加工而成，取材方便，造價小，能批量生產，具有重要的實用前景。

技術領域

本發明涉及點陣衍射元件，尤其是一種用于633納米波長的TM偏振的基于兩個單脊光柵的5×5點陣衍射光柵。

背景技術

衍射光柵是光學系統的基本元件，在光學系統中有著重要的應用，可以用作光譜儀分光元件、分束器、波長選擇器等，在光通信、光信息處理、光計算、全息等系統中有著不可替代的作用。衍射光柵作為點陣衍射元件最常用的是達曼光柵，達曼光柵是基于標量衍射理論設計的，其衍射角小，其余衍射級次多，總衍射效率不高。達曼光柵分束器可作為1×3分束器，最高理論衍射效率僅有68.74％【在先技術1：C,Zhou,and L.Liu,Appl.Opt.34,5961-5969(1995)】。而高密度深刻蝕光柵用于設計制作大衍射角，高效率，均勻性好的點陣衍射元件是非常合適的。

通常情況下，根據傳統的標量衍射理論，一維單脊光柵不能產生1×5的點陣，當光柵周期稍大于入射波長的兩倍的時候，我們可以根據矢量衍射理論設計出合適的光柵結構。在同一個維度上刻蝕的二維光柵在制作上和設計上難度較大，同時分束均勻性和衍射效率不能保證，因此我們提出了基于兩個單脊光柵的點陣衍射光柵，制作簡單并且衍射效率高，分束均勻性好。據我們所知，到目前為止，還沒有人針對633納米波長給出基于矢量衍射理論的高密度深刻蝕5×5點陣衍射光柵設計。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種用于633納米波長的TM偏振的基于兩個單脊光柵的5×5點陣衍射光柵。當633納米波長、TM偏振的光垂直入射時，該光柵可以將入射光分成25束近似等強度的透射光，透射總效率可以達到93％以上，分束均勻性優于8％。因此該點陣衍射光柵可以實現TM偏振下5×5透射分束。

本發明的技術解決方案如下：

一種用于633納米波長的基于兩個單脊光柵的5×5點陣衍射光柵，其特點在于該光柵是由兩個一維單脊光柵上下排列一體構成，且上層光柵的光柵周期方向與下層光柵的光柵周期方向互相垂直，所述的光柵周期均為1.309微米，上層光柵占空比為0.576～0.611，刻蝕深度為1.008～1.072微米，下層光柵占空比為0.5，刻蝕深度為0.873～0.897微米。

最佳的點陣衍射光柵的光柵周期為1.309微米，上層光柵占空比為0.591，刻蝕深度為1.056微米，下層光柵占空比為0.5，刻蝕深度為0.884微米。

本發明的技術效果如下：

當點陣衍射光柵的光柵周期為1.309微米，上層光柵占空比為0.591，刻蝕深度為1.056微米，下層光柵占空比為0.5，刻蝕深度為0.884微米，633納米波長的TM偏振光垂直入射到本光柵面時，產生的5×5點陣總的衍射角為80°×80°，總衍射效率高于93％，并且分束均勻性優于8％。

利用電子束直寫裝置結合微電子深刻蝕工藝，可以大批量、低成本地生產，刻蝕后的光柵性能穩定可靠，具有重要的實用前景。本發明具有使用靈活方便，衍射角大，衍射效率高，均勻性好等優點，是一種非常理想的衍射光學元件。

附圖說明

圖1是本發明633納米波長的TM偏振下基于兩個單脊光柵的5×5點陣衍射光柵的幾何結構示意圖。