反射式衍射光栅镜和大功率激光器制造技术

本发明专利技术涉及衍射光栅镜的技术领域，公开了反射式衍射光栅镜和应用了该反射式衍射光栅镜的大功率激光器。反射式衍射光栅镜包括将入射光束按照偏振方向选择性透过过载反射的光栅结构、介质膜结构以及基底。光栅结构、介质膜结构以及基底依序层叠布置。光栅结构包括多个圆环壁，多个圆环壁形成多个同心圆结构，相邻的圆环壁之间形成有光栅沟槽。本发明专利技术提供的反射式衍射光栅镜，其通过设置光栅结构，偏振方向与圆环壁相切的偏振光可以透过，而沿与圆环壁垂直的偏振光则会反射，形成径向偏振光束。介质膜结构可以对透过光栅结构的偏振光起到良好的导波作用，使得反射式衍射光栅镜可以取得纯度较高的径向偏振光输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及衍射光栅镜的
，尤其涉及反射式衍射光栅镜和运用该反射式衍射光栅镜的大功率激光器。
技术介绍
径向偏振是一种新颖且独特的偏振形式，近年来一直是研究的热点。与传统的线偏振和圆偏振不同，径向偏振具有各向异性的特点，即它的偏振方向沿着光束截面的半径方向。因此，在不同半径方向上，具有不同的偏振方向。因为径向偏振独特的偏振形式，在实际应用中具有十分重要的价值。例如:由于径向偏振在聚焦后能形成很强的纵向场分量，在显微成像领域中被认为是一种能够突破衍射极限成像的优质光源；其次，在激光加工领域中，径向偏振光相比圆偏振光能更好地被材料吸收从而更有利于材料的加工；另外，在粒子加速和捕获领域，径向偏振也有广阔的应用空间。目前，能够产生径向偏振的偏振器件有很多，但大多数较复杂且效率不高，产生径向偏振的纯度也不高。上个世纪末，Ebbesen等人报道，当一束光束通过周期排列小孔的金属膜时，它对某一波长的光具有非常大的透过率。在此之后，衍射光栅则被大量设计为偏振器件，用于产生偏振光。然而，这些偏振器件大多为线偏振光栅，它只能够产生线偏振光。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供反射式衍射光栅，旨在解决现有技术中偏振器件为线偏振光栅，只能产生线偏振光的问题。本专利技术是这样实现的，反射式衍射光栅镜，包括将照射在其上的光束的某偏振态选择性透过或反射的光栅结构、介质膜结构以及基底，所述光栅结构、介质膜结构以及基底依序层叠布置，所述光栅结构包括多个圆环壁，多个所述圆环壁相互嵌套，形成多个同心圆结构，相邻的所述圆环壁之间形成有光栅沟槽。本专利技术还提供了大功率激光器，其包括上述的反射式衍射光栅镜。与现有技术相比，本专利技术提供的反射式衍射光栅镜，其通过设置光栅结构，利用光栅结构上的多个同心圆布置的圆环壁，可以透过与圆环壁切向平行的偏振态的偏振光，而与圆环壁垂直的偏振态的偏振光则会被反射，形成径向偏振光束；其次，介质膜结构可以将透过光栅结构的偏振光起到良好的导波作用，使得反射式衍射光栅镜取得纯度较高的径向偏振输出。【附图说明】图1是本专利技术实施例提供的反射式衍射光栅镜对于光束的偏振状态转化作用示意图；图2是本专利技术实施例提供的反射式衍射光栅镜的立体示意图；图3是本专利技术实施例提供的光栅结构的剖切示意图；图4是本专利技术实施例提供的利用光学理论模拟的光栅周期对TE偏振态的反射率的影响示意图；图5是本专利技术实施例提供的利用光学理论模拟的不同的光栅结构在不同波长下对TE偏振态的反射率的不意图。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。以下结合具体实施例对本专利技术的实现进行详细的描述。如图1?5所示，为本专利技术提供的较佳实施例。参照图1?3所示，本实施例提供的反射式衍射光栅镜，运用在光束的传输光路中。当光束入射在其表面上时，该反射式衍射光栅镜可以选择性反射某一种偏振态的偏振光，对与被反射偏振态正交的偏振光则可透过。反射式衍射光栅镜包括依序堆叠的光栅结构11、介质膜结构12以及基底13。光栅结构11包括堆叠在介质膜结构12上的薄膜底层113以及设置在薄膜底层113上的多个圆环壁111。多个圆环壁111依序相互嵌套布置，形成同心圆环结构。相邻的圆环壁111之间形成光栅沟槽112，而圆环壁111在薄膜底层113上则形成凸脊。当光束入射在反射式衍射光栅表面上时，入射光中与圆环壁111及光栅沟槽112垂直的TM偏振光会被反射。与TM偏振态垂直的TE偏振态，则会透过该光栅结构11，被介质膜结构121吸收。因此，入射在该反射式衍射光栅镜上的光束，经光栅结构11表面的呈周期性排列的光栅沟槽112和凸脊作用后，径向偏振光被反射回去，而偏振方向与之垂直的偏振光，则透过光栅结构11被吸收。上述的介质膜结构12可以对透过光栅结构11的偏振态起到良好的导波作用。从而使得入射在该反射式衍射光栅镜的光束，经该光栅镜表面反射后能够取得纯度较高的径向偏振光输出。光栅结构11中的薄膜底层113，其可以起到增强光栅结构11反射后偏振光的偏振状态的单一性。当然，作为其它实施例，也可以不设置薄膜底层113，而直接将多个圆环壁111直接设置在介质膜结构12上。也就是，介质膜结构12堆叠在基底13上，在介质膜的上表面则设置了上述布置多个圆环壁111。上述中的多个圆环壁111之间的光栅沟槽112的宽度，以及凸脊宽度和光栅沟槽112宽度的比值主要根据入射在其上光束的波长而定。本实施例中，薄膜底层113与圆环壁111采用同样材料制成，且一体成型制造。介质膜结构12包括多个依序堆叠的膜层，且多个膜层的折射率大小交替呈周期分布。并且，该各膜层的厚度分别为η λ /4的整数倍，其中η为该层膜层材料的折射率。基底13由光学材料制成。光学材料种类的选择，取决于入射光的波长。本例提供包括具体结构的反射式衍射光栅镜，具体如下:圆环壁111之间的光栅沟槽112的深度h=300nm，占空比f=0.5。圆环壁111由Ge材料制成，其厚度为420nm。圆环壁111下的薄膜底层113也由Ge材料制成，其厚度120nm。介质膜结构12由12层ZnSe/ThF4膜层组成，最下一层为ZnSe膜层。基底13由GaAs材料制成。对于上述设计结构的反射式衍射光栅镜，利用光凝血理论可以计算出其上光栅结构11的反射率。图4为光栅周期对TE偏振反射率的影响。从该图中可以看出，当光栅周期为7655nm时，光栅对TE偏振态的反射率达到了最低，接近为O。也就是说TE偏振态的光线完全透过，这是设计者所希望的。图5为米用7655nm的光栅周期的反射式衍射光栅镜对不同波长的TE偏振态的反射率。从该图中可以看出，此种带宽基本达到了 170nm，这种宽带的设计大大减小了光栅结构11制作误差对中心波长的影响。因此，本实施例中设计的反射式衍射光栅镜是具有很强实用性的。本实施例还运用于大功率C02激光器，以该反射式衍射光栅镜作为激光器的尾镜，即可从谐振腔中直接获得径向偏振光束。使用该反射式衍射光栅镜的大功率C02激光器，无需对结构进行改变，即可输出纯度较高的径向偏振激光束。与其他外光路偏振状态转换期间相比，效率比较高。当然，本实施例提供的反射式衍射光栅镜，不仅仅限运用于上述的大功率C02激光器，其还可以运用在其它各种各类的大功率激光器中。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。【主权项】1.反射式衍射光栅镜，其特征在于，包括将照射在其上的光束的某偏振态选择性透过或反射的光栅结构、介质膜结构以及基底，所述光栅结构、介质膜结构以及基底依序层叠布置，所述光栅结构包括多个圆环壁，多个所述圆环壁相互嵌套，形成多个同心圆结构，相邻的所述圆环壁之间形成有光栅沟槽。2.如权利要求1所述的反射式衍射光栅镜，其特征在于，所述光栅结构包括层叠于所述介质膜结构上的薄膜底层，多个所述圆环壁设于所述薄膜底层的上表面。3.如权利要求1所述的反射式衍射光栅镜，其特征在于，多个所述圆环壁均匀相间布置。4.如权利要求2所述的反射式衍射光栅镜，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
反射式衍射光栅镜，其特征在于，包括将照射在其上的光束的某偏振态选择性透过或反射的光栅结构、介质膜结构以及基底，所述光栅结构、介质膜结构以及基底依序层叠布置，所述光栅结构包括多个圆环壁，多个所述圆环壁相互嵌套，形成多个同心圆结构，相邻的所述圆环壁之间形成有光栅沟槽。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：魏宁，刘晋，卢洪湖，周桂兵，陈根余，陈燚，高云峰，
申请(专利权)人：大族激光科技产业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44