专利名称：基于亚波长光栅玻璃体内偏振无关分束器及其制备方法
技术领域：
本发明属于微光学器件设计领域，特别涉及利用亚波长光栅的偏振特性设计玻璃体内 偏振无关分束器的一种方法。
背景技术：
由于纳米光刻技术的快速发展和人们对光学元件的微型化和光学系统的集成化的迫切 需要，微光学器件的研究与设计受到了学术界和工业界的广泛关注，在国际上掀起了一股 研究微光学器件的热潮，各种功能的微光学元件不断涌现。其中包含很多微光学偏振器件 的研究。但是在一些光学系统中光的偏振对实验结果会产生负面影响。因此偏振无关器件 的研究就显得十分必要。现有的设计方法一般是从多层膜的透射率及偏振度与薄膜的折射 率及入射角的关系出发设计偏振无关薄膜。但是，当利用优化算法设计偏振无关薄膜时发 现必须在基片镀几十层薄膜才能实现偏振无关。基于这种方法生产偏振无关器件生产周期 长，成本高，体积大，不易于实现集成化。
亚波长光栅是具有纳米级特征尺度的周期结构，等效介质理论表明纳米级结构具有各 向异性的光学性质，利用这种性质可以设计胶合在玻璃体内的亚波长偏振无关分束器。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于亚波长光栅玻璃体内偏振无关分束器及其制备方法，生 产成本低，制作方便，易于实现集成化。 本发明的技术方案如下-
基于亚波长光栅玻璃体内偏振无关分束器，其特征在于包括有对某一波长的光透明的 衬底，及涂在衬底上的膜层，所述的膜层上刻有亚波长光栅，然后胶合在玻璃体内；所述 的膜层厚度应当满足以下条件在某一波长光以特定角度入射到光栅时，TE分量和TM分 量的反射率相等。
所述的基于亚波长光栅玻璃体内偏振无关分束器，其特征在于所述的衬底是二氧化硅 片，所述的膜层是硅膜层，所述的硅膜层上盖有玻璃板；所述的硅膜层厚度满足下列条件1.523um波长的光入射到光栅时，TE分量和TM分量的反射率相等。
所述的基于亚波长光栅玻璃体内偏振无关分束器，其特征在于所述的亚波长光栅占空 比为0.9。
所述的基于亚波长光栅玻璃体内偏振无关分束器的制备方法，其特征在于
(1) 、确定需要使用分束器的光的波长，选择对该波长的光透明的衬底；
(2) 、设定光栅的占空比；
(3) 、计算光栅上涂覆膜层的厚度设所确定波长的光以特定入射角入射到光栅时， TE分量和TM分量的反射率相等，此时，光栅的高度数值即为膜层的厚度数据；
(4) 、依据歩骤(3)所得到的膜层厚度数据，在衬底上涂覆膜层；
(5) 、按设定的占空比在膜层上进行光刻，形成亚波长光栅结构；
(6) 、将玻璃体盖在膜层上。 所述的基于亚波长光栅玻璃体内偏振无关分束器的制备方法，其特征在于所述的衬
底为二氧化硅片，所述的膜层是硅膜，所述的光的波长为1.523um，亚波长光栅占空比为 0.9。
自然光倾斜入射在亚波长光栅上，由等效介质理论可以知道亚波长光栅对两种偏振分 量具有不同的等效介电常数，而且TE分量的等效折射率nTE始终大于TM分量的等效折 射率nTM，为了保证TM分量也有足够大的反射率，光栅占空比(一个光栅周期内硅的宽 度与周期的比值)的值应较大，例如可设为0.9，通过改变光栅高度使TE分量的反射率与 TE分量的反射率相等，这样就可以实现亚波长玻璃体内偏振无关分束器的设计。
本发明制作的分束器生产成本低，制作方便，易于实现集成化。
图1为本发明结构示意图。
图中m—硅的折射率系数
H2 —空气的折射率系数
no — 二氧化硅(玻璃)的折射率系数
d—光栅周期
山一一个周期内硅的宽度图2为光栅高度与反射率关系图。
具体实施例方式
基于亚波长光栅玻璃体内偏振无关分束器，其制备方法如下
1) 为得到较高的反射率在二氧化硅衬底上镀硅膜，在1.523um波长是透明的。然 后将硅膜刻蚀成光栅形状(图l示)，同时选择较大的占空比，例如0.9。
2) 为保证光栅仅有零级衍射光，光栅周期选择100nm。
3) 通过严格耦合波理论分析模拟光栅高度与TE分量和TM分量的反射率之间的 关系(入射角为45度)。在这个过程中认为入射光的TE分量和TM分量的强 度是相等，且都等于1 (图2示)。
4) 根据图2上得到的结果，在图2中找到一个TE分量和TM分量的反射率皆相 等的点，例如A点。光栅高度在A点位置时，表明反射光保持入射光的偏振性 质，由于硅和二氧化硅在1.523um波长是透明的，即透射光也保持入射光的偏 振性质。
5) 通过上述步骤，得到光栅结构参数(周期，高度，占空比)制作光栅(图1示)， 然后再在其上压上玻璃。这样， 一个胶合在玻璃体内的亚波长光栅偏振无关分 束器就设计完成了。
权利要求
1、基于亚波长光栅玻璃体内偏振无关分束器，其特征在于包括有对某一波长的光透明的衬底，及涂在衬底上的膜层，所述的膜层上刻有亚波长光栅，然后胶合在玻璃体内；所述的膜层厚度应当满足以下条件在某一波长光以特定角度入射到光栅时，TE分量和TM分量的反射率相等。
2、 根据权利要求1所述的基于亚波长光栅玻璃体内偏振无关分束器，其特征在于所述 的衬底是二氧化硅片，所述的膜层是硅膜层，所述的硅膜层上盖有玻璃板；所述的 硅膜层厚度满足下列条件1.523um波长的光入射到光栅时，TE分量和TM分量 的反射率相等。
3、 根据权利要求1所述的基于亚波长光栅玻璃体内偏振无关分束器，其特征在于所述 的亚波长光栅占空比为0.9。
4、 根据权利要求l所述的基于亚波长光栅玻璃体内偏振无关分束器的制备方法，其特 征在于(1) 、确定需要使用分束器的光的波长，选择对该波长的光透明的衬底；(2) 、设定光栅的占空比；(3) 、计算光栅上涂覆膜层的厚度设所确定波长的光以特定入射角入射到光栅时， TE分量和TM分量的反射率相等，此时，光栅的高度数值即为膜层的厚度数据；(4) 、依据步骤(3)所得到的膜层厚度数据，在衬底上涂覆膜层；(5) 、按设定的占空比在膜层上进行光刻，形成亚波长光栅结构；(6) 、将玻璃体盖在膜层上。
5、 根据权利要求1所述的基于亚波长光栅玻璃体内偏振无关分束器的制备方法，其特 征在于所述的衬底为二氧化硅片，所述的膜层是硅膜，所述的光的波长为1.523um， 亚波长光栅占空比为0.9。
全文摘要
本发明公开了一种基于亚波长光栅玻璃体内偏振无关分束器及其制备方法，其特征在于包括有对某一波长的光透明的衬底，及涂在衬底上的膜层，所述的膜层上刻有亚波长光栅，膜层上表面盖有透明基板；所述的膜层厚度应当满足以下条件在某一波长光以特定角度入射到光栅时，TE分量和TM分量的反射率相等。本发明制作的分束器生产成本低，制作方便，易于实现集成化。
文档编号G03F7/00GK101303455SQ20081012253
公开日2008年11月12日 申请日期2008年5月30日 优先权日2008年5月30日
发明者廖艳林, 张子云, 文 章, 艳 赵 申请人:安徽大学