熔融石英透射1×2分束光栅制造技术

一种用于常用波段１５５０纳米光纤通信的熔融石英透射１×２分束光栅，是一种矩形高密度深刻蚀光栅，入射光分别在０级衍射和１级衍射等效率透射。本发明专利技术可以使ＴＥ偏振光在０和１级的透射效率分别为４８．５２％和４８．５６％，ＴＭ偏振光在０和１级的透射效率分别为４９．３５％和４９．０７％，实现对ＴＥ和ＴＭ偏振光同时１×２分束。本发明专利技术熔融石英光栅由光学全息记录技术或电子束直写装置结合微电子深刻蚀工艺加工而成，可以低成本、大批量生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及1x2分束器，特别是一种针对光纤通信用1550纳米波段的熔融 石英透射lx2分束光栅。技术背景分束器广泛应用于各种光学系统中，它能把一束入射光分成几束能量相等的出射 光。传统的基于多层介质膜的宽带分束器能量损失较大，制造过程复杂，成本高。近 來， 一些文献报道了相位光栅作为分束器，例如3通道耦合器、干涉计用反射50/50 输出等等。通常，全息光栅的工作带宽窄。众所周知，熔融石英是一种非常好的光学 材料，它具有从深紫外到远红外的宽透射谱。以熔融石英为材料，已经设计和制作了 低偏振相关损耗高效率光栅和偏振分束光栅。因此，如果熔融石英用来制作分束光栅 应用于宽带高功率激光系统中，将是非常吸引人的。矩形高密度深刻蚀光栅是利用微电子深刻蚀工艺，在基底上加工出的具有 较深槽形的光栅。由于表面刻蚀光栅的刻蚀深度较深，所以衍射性能类似于体 光栅，具有高效率的体光栅布拉格衍射效应，这一点与普通的表面浅刻蚀的平面光栅完全不同。矩形高密度深刻蚀光栅的衍射理论，不能由简单的标量光栅 衍射方程来解释，而必须采用矢量形式的麦克斯韦方程并结合边界条件，通过 编码的计算机程序精确地计算出结果。Moharam等人已给出了严格耦合波理论 的算法在先技术1: M. G. Moharametal.，J.Opt.Soc.Am.A.12,1077(1995)，可以 解决这类高密度光栅的衍射问题。但据我们所知，没有人针对光纤通信的1550 纳米波段给出高密度深刻蚀熔融石英透射1x2分束光栅的设计参数。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对光纤通信的1550纳米波段提供一种熔融石 英透射1x2分束光栅，该光栅可以使TE或者TM偏振入射光等效率分别在0和1 级衍射，实现lx2分束，以及偏振启由选择的情况下，同时对TE和TM偏振入 射光实现lx2分束。因此，能够实现对TE或者TM以及同时对TE和TM偏振 入射光高衍射效率透射分束，具有重要的实用意义。本专利技术的技术解决方案如下一种用于常用波段1550纳米光纤通信的熔融石英透射l"分束光栅，该光 栅是矩形高密度深刻蚀光栅，光栅的占空比为0.500、周期为1550纳米、刻蚀深度为1.380微米，该光栅适用于TE偏振光入射；该光栅的占空比为0.500、周期为1550纳米、刻蚀深度为1.739微米，该光 栅适用于TM偏振光入射；该光栅的占空比为0.643、周期为1527纳米、刻蚀深度为1.830微米，该光 栅同时适用于TE和TM偏振光入射。试验表明，本专利技术熔融石英透射1x2分束光栅，该光栅可以使TE或者TM 偏振入射光等效率分别在0级衍射和1级衍射，实现lx2分束，以及偏振自由选择 的情况下，同时对TE和TM偏振入射光实现1x2分束。本专利技术熔融石英光栅由光学全息记录技术或电子束直写装置结合微电子深 刻蚀工艺加工而成，可以低成本、大批量生产。附图说明图1是本专利技术1550纳米波长的熔融石英透射1x2分束光栅的几何结构。图2是本专利技术熔融石英透射1"分束光栅(熔融石英的折射率取1.44462) 在不同光栅刻蚀深度下的透射衍射效率。 '图3是本专利技术熔融石英透射1x2分束光栅(熔融石英的折射率取1.44462) 在光纤通信的C+L波段使用，各个波长以相应的Littrow角度入射到光栅时， TE/TM模式下的透射衍射效率。图4是全息光栅的记录光路。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的 保护范围。表1给出了本专利技术一系列实施例的参数和试验结果，图1显示了本专利技术熔 融石英透射1x2分束光栅的几何结构。在图中，1代表光栅(基底熔融石英折射 率112 = 1.44462)， 2代表空气(折射率为i^-l)， 3代表入射光，4代表0级衍 射光，5代表1级衍射光。光栅矢量7T位于入射平面内。TE偏振入射光对应于 电场矢量的振动方向垂直于入射面，TM偏振入射光对应于磁场矢量的振动方向 垂直于入射面。 一线性偏振的光波以一定角度ei = ^11"(^(2*八))入射(定义为 Littrow条件)，入代表入射波长，A代表光栅周期。在如图1所示的光栅结构下，本专利技术采用严格耦合波理论在先技术1计 算了深刻蚀熔融石英光栅在光纤通信常用的1550纳米波长处的衍射效率随着光 栅深度的变化曲线。依据理论计算得到熔融石英透射1x2分束光栅的数值优化结果如图2所示如图2(a)所示，当该光栅的占空比为0.500、周期为1550纳米、刻蚀深度 为1.380微米时，TE偏振光的0级透射效率和1级透射效率分别为48.35%和 48.39%，实现对TE偏振光1x2分束；如图2(b)所示，当该光栅的占空比为0.500、周期为1550纳米、刻蚀深度 为1.739微米时，TM偏振光的0和l级透射效率分别为49.13。/。和49.09。/。，实 现对TM偏振光1x2分束；如图2(c)所示，当该光栅的占空比为0.643、周期为1527纳米，刻蚀深度 为1.830微米时，TE偏振光在0和1级透射效率分别为48.52%和48.56%, TM 偏振光在0和1级透射效率分别为49.35%和49.07%，实现对TE和TM偏振光 同时lx2分束。如图3所示，对于TE偏振光的优化数值结果，在C+L波段，两个衍射级次 的效率差不大于3.28%;对于TM偏振光的优化数值结果，在C+L波段，两个衍射 级次的效率差不大于12.07%;对于TE和TM偏振光的同时优化数值结果，在C+L 波段，TE偏振光在两个衍射级次的效率差不大于0.44%， TM偏振光在两个衍射级次 的效率差不大于9.24%。可以看出，优化的熔融石英光栅对于TE偏振光可以作为宽带分束器。本专利技术熔融石英透射1x2分束光栅的制备方法是利用微光学技术制备的， 首先在干燥、清洁的熔融石英基片上沉积一层金属铬膜，并在铬膜上均匀涂上 一层正光刻胶(Shipley， S1805, USA)。然后采用全息记录方式记录光栅，见图4， 在图中6代表氦镉激光器，7代表快门，8代表分束镜，9、 10、 11、 12代表反 射镜，13、 14代表扩束镜，15、 16代表准直透镜，17代表基片。氦镉激光器6 (波长为0.441(am)发出两束平面波以2e夹角在基片17上形成干涉场。光栅空 间周期(即相邻条纹的间距)表示为A喊/(24ine)，其中入为记录光波长。记录 角e越大，则A越小，所以通过改变记录角e的大小，可以控制光栅的周期A，记 录高密度光栅。接着，显影后，用去铬液将光刻图案从光刻胶转移到铬膜上， 利用化学试剂将多余的光刻胶去除。最后，将样品放入感应耦合等离子体刻蚀 机中进行一定时间的等离子体刻蚀，把光栅转移到石英基片上，再用去铬液将 铬膜去除，就得到高密度深刻蚀的矩形熔融石英光栅。表l给出了本专利技术一系列实施例，在制作光栅的过程中，适当选择占空比、 周期及刻蚀深度，就可以得到熔融石英透射1x2分束光栅。由表1并结合图2可知，该光栅的占空比为0.500、周期为1550纳米、刻蚀深度为1.380微米时， TE偏振光的0级透射效率和1级透射效率分别为48.35%和48.39%，实现对TE 偏振光1x2分束；该光栅的占空比为0.500、周期为1550纳米、刻蚀深度为1.739 微米时，TM偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于常用波段１５５０纳米光纤通信的熔融石英透射１×２分束光栅，其特征在于该光栅是矩形高密度深刻蚀光栅，光栅的占空比为０．５００、周期为１５５０纳米、刻蚀深度为１．３８０微米。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周常河，王博，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]