【技术实现步骤摘要】
本专利技术实施例涉及无线通信，具体涉及一种无衍射零级分束的复合矩形光栅及其制备方法。
技术介绍
1、在光通信、光计量、光存储、光电技术、光电图像处理、精密测量及激光微加工等现代科技领域中，越来越多地需求将单一输入变成多个输出。光学分束元件为实现上述要求提供了条件，并充分体现了光学的并行高速的处理特点。在制作这类光学元件方面，光栅尤其显示出传统光学如法比拟的优势。
2、在这类光栅中，矩形光栅因其单光栅周期内单一的凹凸结构制作起来最为简单，应用面也最为宽广。复合矩形光栅可以同时对入射光进行振幅调制和相位调制，其分束效果为其复合透过率函数的傅里叶光谱，为一系列关于中心零级对称分布的衍射光谱。
3、然而，在实际的光学应用当中，多数场景中需要规避掉中心衍射零级，从而实现完全的对称应用加工。最常用的无中心零级的光栅结构为凹凸比为1：1的调制相位为0-π结构振幅调制为全透的朗奇光栅。但是单个的朗奇光栅结构不能充分满足花样繁复的各种级次的特定能量分布，需要更多的无衍射零级的复合矩形光栅结构。
技术实现思路
1、为此，本专利技术实施例提供一种无衍射零级分束的复合矩形光栅及其制备方法，为了找寻更多的无衍射零级的复合矩形光栅结构，以解决现有无中心零级的光栅结构不满足各种层级的特定能量分布的技术问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：
3、根据本专利技术实施例的第一方面，提供了一种无衍射零级分束的复合矩形光栅，具体包括：
5、在单个周期长度内，凸部分占比为ω，凹部分占比为1-ω；
6、同时所述复合矩形光栅还满足方程：
7、
8、其中，光栅的周期为d，凸部分的透过率为a1、凹部分透过率a2、凸部分的调制相位φ1、凹部分的调制相位φ1。
9、根据本专利技术实施例的第二方面，提供了一种无衍射零级分束的复合矩形光栅的制备方法，所述方法包括：
10、s1、获取一个复合矩形光栅作为基材并提取光栅参数，利用所述光栅参数获取透过函数；
11、s2、对所述透过函数进行傅里叶展开，生成分束结果，将所述分束结果和无零级衍射的需求相结合，获取凹凸结构的相位差函数与折射率比值；
12、s3、利用所述相位差函数与折射率比值绘制几何曲线，获取满足无零级衍射的光栅结构参数；
13、s4、根据光栅周期和凹凸占空比得出单周期内的凹结构长度和凸结构长度并对周期结果进行复制延拓，利用光刻半导体加工工艺进行相位调制，同时通过镀膜进行振幅调制，生成符合相位差要求的无衍射零级分束的复合矩形光栅。
14、进一步地，获取一个复合矩形光栅作为基材并提取光栅参数，利用所述光栅参数获取透过函数，包括：
15、所述光栅参数包括：光栅周期、凸部分透过率、凹部分透过率、凸部分的调制相位、凹部分的调制相位、凸部分的空间占比和凹部分的空间占比；
16、所述透过函数的公式为：
17、t(x)＝a(x)exp[iφ(x)]
18、其中，t(x)为透过函数，a(x)为振幅调制，φ(x)为相位调制；
19、x轴以光栅周期起点作为零点，则振幅调制和相位调制可以分别表示为：
20、
21、其中，n为从0开始递进的整数，d为光栅周期，a1为凸部分透过率，a2为凹部分透过率，ω为凸部分的空间占比，φ1为凸部分的调制相位，φ1为凹部分的调制相位。
22、进一步地，对所述透过函数进行傅里叶展开，生成分束结果，包括：
23、所述分束结果的表达式为：
24、
25、其中，t(x)为分束结果，m为级数，d为光栅周期；
26、当m＝0时：
27、
28、当m≠0时：
29、
30、其中，m为级数，d为光栅周期，φ1为凸部分的调制相位，φ2为凹部分的调制相位。
31、进一步地，将所述分束结果和无零级衍射的需求相结合，获取凹凸结构的相位差函数与折射率比值，包括：
32、复合矩形光栅的功率为：
33、
34、无零级衍射时，t0＝0，此时需求解a1、a2，φ1，φ2，ω的根，即求解方程：
35、
36、令δφ＝φ2-φ1，令a2＝aa1，方程可以简化为：
37、(1+a2-2acosδφ)ω2+(2acosδφ2a2)ω+a2＝0
38、其中，a为凹凸两部分的折射率比值；
39、将δφ表示为a和ω的函数：
40、
41、其中，ω的取值范围为[0，1]，由于凸部分的透过率高于凹部分，则a的取值范围为[0，1]。
42、进一步地，利用所述相位差函数与折射率比值绘制几何曲线，获取满足无零级衍射的光栅结构参数，包括：
43、落在曲面上的点均为满足无零级衍射的光栅结构参数。
44、进一步地，根据光栅周期和凹凸占空比得出单周期内的凹结构长度和凸结构长度并对周期结果进行复制延拓，包括：
45、根据光栅周期d和凹凸占空比ω，得出单周期内凸结构的长度ωd和凹结构的长度(1-ω)d；
46、对周期结果进行复制延拓。
47、进一步地，利用光刻半导体加工工艺进行相位调制，通过镀膜进行振幅调制，包括：
48、利用求解出的δφ计算高度差h：
49、
50、其中，λ为光的波长，n为波长为λ的情况下元件材料的折射率；
51、利用所述高度差绘制gds文件并根据所述gds文件加工出光刻掩模板；
52、为基材涂上光刻胶并利用所述光刻掩模板对基材上的光刻胶进行曝光、显影和定型操作，生成光刻膜；
53、其中，振幅调制时，a1＝1，a2＝a。
54、进一步地，生成符合相位差要求的无衍射零级分束的复合矩形光栅，包括：
55、利用刻蚀工艺将光刻胶的图形转移至基材上，形成与光栅结构一致的凹凸图形；
56、去除基材上的光刻胶，获得符合相位差要求的光栅结构。
57、进一步地，所述刻蚀工艺为干法刻蚀或者湿法刻蚀：
58、其中，干法刻蚀工艺包括：反应离子束刻蚀、离子束刻蚀和电感耦合等离子反应离子束刻蚀；
59、湿法刻蚀包括：氢氟酸刻蚀、缓冲氢氟酸刻蚀。
60、进一步地，去除基材上的光刻胶，包括：
61、通过丙酮试剂将光刻胶去除。
62、本专利技术实施例具有如下优点：
63、本专利技术实施例从光栅的透过函数出发，对该函数进行傅里叶分析，提出了可以找寻到一系列无衍射零级分束的复合矩形光栅结构的设计方法，再结合半导体加工工艺，通过镀膜进行振幅调制的实现，通过光刻进行相位调制的实本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无衍射零级分束的复合矩形光栅，其特征在于，该光栅的结构为单一的凹凸结构，且凹凸部分的透过率和调制相位不同；
2.一种无衍射零级分束的复合矩形光栅的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
3.如权利要求2所述的一种无衍射零级分束的复合矩形光栅的制备方法，其特征在于，获取一个复合矩形光栅作为基材并提取光栅参数，利用所述光栅参数获取透过函数，包括：
4.如权利要求2所述的一种无衍射零级分束的复合矩形光栅的制备方法，其特征在于，对所述透过函数进行傅里叶展开，生成分束结果，包括：
5.如权利要求4所述的一种无衍射零级分束的复合矩形光栅的制备方法，其特征在于，将所述分束结果和无零级衍射的需求相结合，获取凹凸结构的相位差函数与折射率比值，包括：
6.如权利要求5所述的一种无衍射零级分束的复合矩形光栅的制备方法，其特征在于，利用所述相位差函数与折射率比值绘制几何曲线，获取满足无零级衍射的光栅结构参数，包括：
7.如权利要求6所述的一种无衍射零级分束的复合矩形光栅的制备方法，其特征在于，根据光栅周期和凹凸占空比得出单周期
8.如权利要求7所述的一种无衍射零级分束的复合矩形光栅的制备方法，其特征在于，利用光刻半导体加工工艺进行相位调制，通过镀膜进行振幅调制，包括：
9.如权利要求8所述的一种无衍射零级分束的复合矩形光栅的制备方法，其特征在于，生成符合相位差要求的无衍射零级分束的复合矩形光栅，包括：
10.如权利要求9所述的一种无衍射零级分束的复合矩形光栅的制备方法，其特征在于，所述刻蚀工艺为干法刻蚀或者湿法刻蚀：
...【技术特征摘要】
1.一种无衍射零级分束的复合矩形光栅，其特征在于，该光栅的结构为单一的凹凸结构，且凹凸部分的透过率和调制相位不同；
2.一种无衍射零级分束的复合矩形光栅的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
3.如权利要求2所述的一种无衍射零级分束的复合矩形光栅的制备方法，其特征在于，获取一个复合矩形光栅作为基材并提取光栅参数，利用所述光栅参数获取透过函数，包括：
4.如权利要求2所述的一种无衍射零级分束的复合矩形光栅的制备方法，其特征在于，对所述透过函数进行傅里叶展开，生成分束结果，包括：
5.如权利要求4所述的一种无衍射零级分束的复合矩形光栅的制备方法，其特征在于，将所述分束结果和无零级衍射的需求相结合，获取凹凸结构的相位差函数与折射率比值，包括：
6.如权利要求5所述的一种无衍射零级分...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭亦超，
申请(专利权)人：北京润和微光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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