一种全介质偏振无关全内反射光栅及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种全介质偏振无关全内反射光栅及其制作方法，属于反射光栅技术领域，能够解决现有反射光栅刻蚀深度较大，生产成品率较低的问题。所述反射光栅包括基底、平板波导层和光栅层。基底引导入射光进入平板波导层，并使出射光射出；平板波导层设置在基底上，调节偏振方向平行于光栅槽型的入射光的衍射效率；光栅层设置在平板波导层上，调节偏振方向垂直于光栅槽型的入射光的衍射效率。本发明专利技术可以使TE光和TM光在‑1级利特罗角入射条件下，理论上同时具有99％以上的衍射效率，在实际应用中同时具有95％以上的衍射效率。

An all dielectric polarization independent total internal reflection grating and its fabrication method

【技术实现步骤摘要】
一种全介质偏振无关全内反射光栅及其制作方法
本专利技术涉及反射光栅
，尤其是涉及一种全介质偏振无关全内反射光栅及其制作方法。
技术介绍
光波分复用一般应用波长复用器和解复用器分别置于光纤两端，实现不同光波的耦合与分离。栅型光波分复用器是利用色散原理，使入射的多个不同波长的光聚集为复合光；或者使入射的多波长复合光分散为各个波长分量的光，含有多波长的光信号入射聚焦在光栅上，由于光栅对不同波长光的衍射角不同，因此把复合光信号分解成不同波长的光信号，再经透镜聚焦后分别注入每根输出光纤上。用于光通信的波分复用和解复用的色散元件大部分是金属光栅，但是金属光栅只能对TM光(光偏振方向垂直于光栅槽型)实现高衍射效率，对TE光(光偏振方向平行于光栅槽型)的衍射效率很低。目前，现有技术中通过全介质偏振无关的透射光栅或反射光栅实现波分复用和解复用技术，这种光栅是通过将光栅层嵌入到基底材料中，通过优化光栅层的刻蚀深度和宽度，形成对称布局，从而抑制反射，理论上可以达到TE光和TM光在-1级利特罗角入射条件下100％的衍射效率，降低了光栅的插入损耗。但是这种光栅在制作过程中都需要很深的刻蚀深度，而太深的刻蚀深度会降低波长复用器和解复用器的成品率，增加生产成本，不利于大批量产业化生产。
技术实现思路
本专利技术提供了一种全介质偏振无关全内反射光栅及其制作方法，能够解决现有反射光栅刻蚀深度较大，生产成品率较低的问题。本专利技术提供了一种全介质偏振无关全内反射光栅，包括基底、平板波导层和光栅层；>所述基底，用于引导入射光进入所述平板波导层，并使出射光射出；所述平板波导层，设置在所述基底上，用于调节偏振方向平行于光栅槽型的入射光的衍射效率，所述平板波导层的厚度Ts小于1μm；所述光栅层，设置在所述平板波导层上，用于调节偏振方向垂直于光栅槽型的入射光的衍射效率。作为本专利技术再进一步的方案：所述全介质偏振无关全内反射光栅满足以下条件：Np＞Npsinθi＝λ/2Λ＞1其中：Np表示基底材料的折射率；θi表示基底内入射光的入射角；λ表示入射光的波长；Λ表示光栅周期。作为本专利技术再进一步的方案：所述基底材料的折射率Np为1.45-2.0。作为本专利技术再进一步的方案：所述平板波导层的折射率Ns为1.2-3.0。作为本专利技术再进一步的方案：所述光栅层的深度Tg小于2μm。作为本专利技术再进一步的方案：所述光栅材料的折射率Ng为1.2-3.0。作为本专利技术再进一步的方案：所述光栅占空比f为0.4-0.6。作为本专利技术再进一步的方案：所述基底、平板波导层和光栅层分别至少由一种介质构成。本专利技术还提供一种应用于上述任一种所述的全介质偏振无关全内反射光栅的制作方法，所述方法包括：在基底设置用于调节偏振方向平行于光栅槽型的入射光衍射效率的平板波导层，所述平板波导层的厚度Ts小于1μm；在所述平板波导层上制作用于调节偏振方向垂直于光栅槽型的入射光衍射效率的光栅层。作为本专利技术再进一步的方案：在所述平板波导层上制作光栅层的具体方法为：在所述平板波导层上设置介质层，然后将所述介质层刻蚀为光栅层。本专利技术能产生的有益效果包括但不限于：(1)本专利技术提供的全介质偏振无关全内反射光栅，通过在基底和光栅层之间设置用于调节TE光衍射效率的平板波导层，形成反射光栅，可以使TE光和TM光在-1级利特罗角入射条件下，理论上同时具有99％以上的衍射效率，在实际应用中同时具有95％以上的衍射效率。(2)相较于现有技术，本专利技术提供的全介质偏振无关全内反射光栅，具有光栅刻蚀深度小、偏振无关、宽波段的特点，且生产成品率高，生产效率高，生产成本低。(3)本专利技术提供的全介质偏振无关全内反射光栅的制作方法，通过在基底设置平板波导层，然后在平板波导层上制作光栅层。平板波导层的引入，降低了光栅层的刻蚀深度，本专利技术加工工艺简单、加工成品率高。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种全介质偏振无关全内反射光栅的结构示意图；图2是本专利技术实施例2提供的全介质偏振无关全内反射光栅衍射效率随光栅刻蚀深度的变化曲线；图3是本专利技术实施例2提供的全介质偏振无关全内反射光栅衍射效率随平板厚度的变化曲线；图4是本专利技术实施例2提供的全介质偏振无关全内反射光栅衍射效率随波长的变化曲线；图5是本专利技术实施例2提供的全介质偏振无关全内反射光栅衍射效率随入射角度的变化曲线；图6是本专利技术实施例5提供的全介质偏振无关全内反射光栅制作方法流程图；图中：1-基底；2-平板波导层；3-光栅层；4-入射光线；5-衍射光线；Λ-光栅周期；W-光栅脊的宽度；Ng-光栅材料的折射率；Tg-光栅层的深度；Ns-平板波导层的折射率；Ts-平板波导层的厚度；Np-基底材料的折射率；θi-基底内入射光的入射角。具体实施方式下面结合实施例详述本专利技术，但本专利技术并不局限于这些实施例。实施例1：图1是本专利技术实施例提供的全介质偏振无关全内反射光栅的结构示意图，如图1所示，该全介质偏振无关全内反射光栅包括基底、平板波导层和光栅层，基底，用于引导入射光进入所述平板波导层，并使出射光射出；平板波导层，设置在所述基底上，用于调节偏振方向平行于光栅槽型的入射光的衍射效率，所述平板波导层的厚度Ts小于1μm；光栅层，设置在所述平板波导层上，用于调节偏振方向垂直于光栅槽型的入射光的衍射效率。本专利技术实施例中，基底材料可以是各种介质或玻璃，比如熔石英、H-K9L、H-ZK6、H-LAK52和H-ZLAF68B等。其中，优选为熔石英，熔石英具有从深紫外到远红外的宽透射谱，光学质量高，热稳定性好，损伤阈值高等优点。另外，基底的形状除平板式外均可，由于是全内反射光栅，通常是棱镜，使得入射光线在光栅层满足全内反射条件。本专利技术实施例中光栅周期Λ是指定的，通常光栅周期越小，则光栅的色散越好，但是工艺越难做。本专利技术确定光栅周期和基底材料后，根据不同的光栅周期和基底材料，利用严格耦合波程序可以优化出平板波导层，其包括两个参数平板波导层的折射率Ns和平板波导层的厚度Ts。平板波导层不同材料的物理性质比如热导率、线性膨胀系数、应力系数和莫氏硬度等均不一样，而较厚的薄膜容易脱落或龟裂，因此，设置平板波导层的厚度Ts小于1μm。本专利技术实施例中，平板波导层可以是各种镀膜介质，比如氧化铝(Al2O3)、氧化钛(TiO2)、氧化铪(HfO2)、氧化钆(Gd2O3)、硫化锌(ZnS)和硒化锌(ZnSe)等。本专利技术根据不同的光栅周期、基底材料和制作工艺，利用严格耦合波程序可以优化出光栅层的材料、厚度以及槽型。进一步的，若入射光波长为λ，那么-1级利特罗角满足以下条件：2NpΛsinθi＝λ而为了使入射光在基底内部全内反射，则需满足以下条件：Np＞Np本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全介质偏振无关全内反射光栅，其特征在于，包括基底、平板波导层和光栅层；/n所述基底，用于引导入射光进入所述平板波导层，并使出射光射出；/n所述平板波导层，设置在所述基底上，用于调节偏振方向平行于光栅槽型的入射光的衍射效率，所述平板波导层的厚度T

【技术特征摘要】
1.一种全介质偏振无关全内反射光栅，其特征在于，包括基底、平板波导层和光栅层；
所述基底，用于引导入射光进入所述平板波导层，并使出射光射出；
所述平板波导层，设置在所述基底上，用于调节偏振方向平行于光栅槽型的入射光的衍射效率，所述平板波导层的厚度Ts小于1μm；
所述光栅层，设置在所述平板波导层上，用于调节偏振方向垂直于光栅槽型的入射光的衍射效率。


2.根据权利要求1所述的全介质偏振无关全内反射光栅，其特征在于，所述全介质偏振无关全内反射光栅满足以下条件：
Np＞Npsinθi＝λ/2Λ＞1
其中：Np表示基底材料的折射率；
θi表示基底内入射光的入射角；
λ表示入射光的波长；
Λ表示光栅周期。


3.根据权利要求2所述的全介质偏振无关全内反射光栅，其特征在于，所述基底材料的折射率Np为1.45-2.0。


4.根据权利要求1所述的全介质偏振无关全内反射光栅，其特征在于，所述平板波导层的折射率Ns为1.2-3.0。


5.根据权利要求1所述的全...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新彬，陈怀熹，李广伟，冯新凯，古克义，梁万国，黄玉宝，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建;35