用于外腔可调谐激光器的宽带透射光栅的制作方法

文档序号:14685168发布日期:2018-06-12 23:19
用于外腔可调谐激光器的宽带透射光栅的制作方法

本实用新型涉及透射光栅,特别是一种用于外腔可调谐激光器的宽带透射光栅。



背景技术:

1964年,世界上首个外腔半导体激光器的实验被Crowe和Craig验证。1981年,Fleming和Mooradian发表了第一篇详细论述外腔可调谐半导体激光器特性的文章,此后,外腔半导体激光器的研究在全球范围内开始活跃起来。如今,外腔半导体激光器的研究热点已转移到大范围连续调谐、频率稳定和拓展应用等方面,其商品被广泛用于频分复用和相干光通信系统。

目前,外腔可调谐半导体激光器已经发展出来了多种结构,虽然各不相同,但它们的设计原则都一样,就是在外腔中插入分光元件,通过调节分光元件与腔外的反馈机构来实现激光波长的调谐。目前比较流行的两种外腔结构是基于光栅的Littrow结构和Littman-Metcalf结构,这两种结构的特点是均采用光栅作为分光元件和反馈机构。应用于外腔可调谐激光器的光栅,要求-1级衍射带宽尽量宽,0级透过或反射率高,以实现宽带可调谐和高效率激光输出。

当光栅周期小于波长或者与波长接近时,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2:M.G Moharam et al.,J.Opt.Soc.Am.Α.12,1077(1995)】,可以解决这类高密度光栅的衍射问题。光通信波段C波段和L波段涵盖了1.5微米到1.62微米的波长,在此大范围内实现光栅衍射效率一致,是实现宽带稳定调谐的关键。



技术实现要素:

本实用新型要解决的技术问题是针对1.5-1.62微米的波长范围,提供一种适用于外腔可调谐激光器的宽带透射光栅,实现P偏振稳定的衍射效率,能满足外腔激光器的宽带稳定可调需求,其技术方案如下:

一种用于外腔可调谐激光器的宽带透射光栅,包括一透明材料制成的衬底,所述衬底上设有高折射率材料制成的光栅层,该光栅层折射率为2.71,所述光栅层的周期为0.85-1微米、刻蚀深度为100-280纳米,所述光栅层的光栅占空比为0.5。

进一步地,所述光栅层的周期为920纳米、刻蚀深度为190纳米。当光栅层的周期为920纳米、光栅占空比为0.5,光栅层的刻蚀深度为190纳米时,-1级P偏振光在1.5-1.62微米波长范围内以利特罗角度58度入射时,其衍射效率稳定在9%,0级透过率高于82%,能满足外腔激光器的宽带稳定可调需求。

进一步地,所述衬底为熔融石英。

进一步地,所述光栅层为二氧化钛薄膜。

依据上述技术方案,本实用新型的宽带透射光栅,具有结构简单,容易实现,带宽性能好的特点;可利用成熟的半导体工艺批量生产,满足外腔激光器宽带可调要求,特别是当光栅层的周期为920纳米、光栅占空比为0.5,光栅层的刻蚀深度为190纳米时,-1级P偏振光在1.5-1.62微米波长范围内以利特罗角度58度入射时,其衍射效率稳定在9%,0级透过率高于82%,能满足外腔激光器的宽带稳定可调需求。

附图说明

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型的几何结构示意图;

图2为本实用新型在光栅层刻蚀深度为190纳米、光栅占空比为0.5,入射角度沿利特罗角58度入射时P光衍射效率和0级透过率随入射光波长的变化特性曲线。

其中,1、衬底;2、光栅层;3、入射光;4、衍射光;5、透射光。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

先请参阅图1,图1是宽带透射光栅的几何结构示意图。本实施例衬底1采用熔融石英,光栅层2采用单一材料二氧化钛薄膜,其折射率2.71。

图1中入射光3从空气中以中心波长对应的利特罗角θ入射,4为与入射光平行反向的衍射光,d表示光栅周期,光栅占空比定义为f=b/d。石英和二氧化钛薄膜在1.5-1.62微米波段无吸收,因此该几何结构的光栅可用于设计中心波长为1.56微米的透射光栅,在如图1所示的光栅结构下,即当光栅层的周期为920纳米、光栅占空比为0.5,光栅层刻蚀深度为190纳米时,本实用新型采用严格耦合波理论计算了该光栅的P光衍射效率和0级透过率随入射光波长的变化曲线如图2所示,P偏振光以中心波长1.56微米对应的利特罗角58度入射时,该光栅的-1级衍射效率在1.5-1.62微米范围内稳定在9%,0级透过率大于84%。

表1给出了本实用新型的一系列实施例。表1是衬底1用熔融石英,光栅层材料用二氧化钛薄膜,刻蚀深度为190纳米时,入射光中心波长1.56微米P偏振入射时不同周期的衍射效率和0级透过率。

当光栅层的周期在850-1000纳米,优化光栅层刻蚀深度,入射光中心波长1.56微米 P偏振-1级衍射效率均可在7-10%,0级透过率均大于84%。

表2给出本实用新型的另一系列实施例。当光栅层的周期为920纳米,光栅层刻蚀深度为190纳米,光栅占空比在0.3-0.7之间,入射中心波长1.56微米 P偏振-1级衍射效率和0级透过率的数值。

表3给出本实用新型的另一系列实施例。光栅层用二氧化钛薄膜,当光栅层周期为920纳米,光栅占空比为0.5时,不同光栅层刻蚀深度下中心波长1.56微米p偏振入射时-1级衍射和0级透射的数值。

表1

表2

表3

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述,只是用于帮助理解本实用新型,并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员,依据本实用新型的思想,还可以做出若干简单推演、变形或替换。

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