本发明涉及透射分束光栅，尤其是一种用于1550纳米波长的te偏振入射的单脊结构1×5分束光栅。
背景技术：
分束器是光学系统中的基本元件，在各种光学系统中有着广泛的应用。传统的多层介质膜光栅制作工艺复杂，成本昂贵。而光栅作为分束器，具有结构简单、透射效率高、使用方便等优点，有广泛的应用前景。
jiangjunzheng等人设计一种布拉格角入射下的高效率透射式熔石英1×2偏振无关分束光栅【在先技术1：j.fengetal.,appl.opt.48,5636-5641(2009)】。jiangjunzheng等人设计了一种垂直入射下的高效率透射式熔石英1×3偏振无关分束光栅【在先技术2：j.fengetal.,appl.opt.47,6638-6643(2008)】。wujun等人设计了一种垂直入射下的高效率透射式双脊熔石英te偏振1×5分束光栅，通过采用双脊结构实现了更多端口的分束【在先技术3：j.wuetal.,j.opt.13,115703(2011)】。但是双脊光栅相对于常用的单脊光栅更难制作。
矩形光栅是利用微电子深刻蚀工艺，在基底上加工出的具有矩形槽形的光栅。高密度矩形光栅的衍射理论，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4：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。据我们所知，还没有人针对1550纳米光通信波段设计过te偏振单脊结构1×5分束光栅。
技术实现要素：
本发明提出了一种用于1550纳米波长入射te偏振入射的单脊结构1×5分束器光栅。当1550纳米波长、te偏振的光垂直入射时，该分束器可以将其分成5束等强度的透射光，其衍射效率可以达到97％以上，分束均匀性优于1.5％。本发明具有重要的应用价值。
本发明的技术解决方案：
一种用于1550纳米波长的te偏振的单脊结构1×5分束光栅，其特点在于该分束光栅的光栅周期为3010～3020纳米，脊宽为1505～1510纳米，刻蚀深度为2270～2278纳米。
所使用的高密度深刻蚀光栅由bk7玻璃刻蚀而成，槽型为矩形，光栅周期优选为3015.5纳米，矩形脊宽优选为1507.8纳米，刻蚀深度优选为2274纳米。当1550纳米波长、te偏振的光垂直入射到该光栅时，入射光将被分成5束等强度的透射光。
与现有技术相比，本发明的技术效果如下：
1)总透射光的衍射效率大于97％，分束器的均匀性优于0.1％，具有分束均匀性好、透射效率较高的优点。
2)利用电子束直写装置结合微电子深刻蚀工艺，可以大批量、低成本地生产，刻蚀后的光栅性能稳定、可靠，具有重要的实用前景。
附图说明
图1是本发明te偏振的1×5分束光栅的示意图。
图1中1代表(折射率为n1)，2代表光栅(折射率为n2)，3代表te偏振的入射光，4、5、6、7、8代表-2，-1，0，+1，+2级衍射级次，d为光栅周期，r为脊宽，h为光栅深度。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1，图1是本发明te偏振的1×5分束光栅的示意图，图中区域1为均匀介质空气(折射率n1＝1)，2为光栅，由均匀介质bk7玻璃(折射率n2＝1.5007)制成。te偏振入射对应电场矢量振动方向垂直于入射面，其垂直入射到光栅。由图可见，本发明用于1550纳米波长te偏振入射的单脊结构1×5分束光栅，光栅周期为3010～3020纳米，矩形脊宽为1507～1509纳米，刻蚀深度为2270～2278纳米。
在如图1所示的光栅结构下，本发明采用了严格耦合波理论【在先技术4】计算了光栅在1550纳米波段的衍射效率。我们应用严格耦合波理论【在先技术4】得到光栅的初始参数，并应用模拟退火法优化【在先技术5】，从而得到这种高效率单脊结构分束光栅的最优参数。
表1给出了本发明一系列实施例及其对应的分束均匀性和总透射效率，表中d为光栅周期，r为脊宽，h为光栅深度，λ为波长。在制作光栅的过程中，适当选择光栅周期、脊宽、脊间边缘距和刻蚀深度就可以在一定的带宽内得到高衍射效率和均匀性较好的透射光栅。
表11550纳米波长te偏振光垂直入射时，5个端口的总衍射效率和均匀性。
本发明的te偏振高效率透射1×5分束光栅，具有使用灵活方便、均匀性较好、透射效率较高等优点，是一种非常理想的衍射光学元件，利用电子束直写装置结合微电子深刻蚀工艺，可以大批量、低成本地生产，刻蚀后的光栅性能稳定、可靠，具有重要的实用前景。