专利名称：优化的电介质反射式衍射光栅的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于获得反射式衍射光栅的方法。更具体地，本发明涉及可能获得在特定条件下使用的优化的电介质衍射光栅的方法。本发明还涉及通过该获取方法获得的光栅。优选地，但不排除其他技术，本发明涉及这种优化的光栅的获取以实施大功率激光束光谱色散。
背景技术：
衍射光栅是具有周期性间隔沟槽的光学器件。它具有大量取决于入射波长、入射角以及其周期的衍射级。在色散级中(不同于级O)，反射角取决于波长。
衍射光栅用于许多光学系统中，尤其用于通过频移放大激光脉冲。2. I用于脉冲式激光的频移放大的光栅的使用脉冲式激光或者脉冲激光可能在非常短的时间周期内(接近几皮秒(I(T12S)或者几飞秒(I(T15s))获得高瞬时功率。在这些激光中，超短激光脉冲在雷射介质(Iasingmedium)中被放大之前由激光腔生成。由于在极短的时间周期内传递脉冲能量，所以最初产生甚至具有低能量的激光脉冲产生高瞬时功率。为了可能提高脉冲激光的功率而没有损坏雷射介质的瞬时功率，已经考虑在放大脉冲之前进行暂时扩展，然后对其进行重新压缩。因此，用于激光介质中的瞬时功率可以相对于最终由脉冲激光发射的脉冲功率而降低。这种频移放大方法(通常称为啁啾脉冲放大的“CPA”)可能将脉冲的持续时间提高大约IO3的系数，然后对其进行重新压缩从而使得其返回初始持续时间。在D. Strickland and G. Mourou 的文章 “Compression of amplified chirpedoptical pulses” (Opt. Commun. 56,219-221-1985)中描述的这种 CPA 方法使用脉冲的光谱分解，可能将具有不同长度的路径强加于各种波长以将他们暂时移位。大多数情况通过色散光栅来进行扩展和重新压缩脉冲，色散光栅具有对激光流的显著的色散率以及良好阻抗。2. 2这些光栅必要的特征用于实现这种方法的衍射光栅必须满足几种特殊要求。他们必须在色散级中具有很好的反射效率，即，他们必须在色散衍射级中与要放大的激光脉冲的光谱间隔相对应的光谱间隔上反射相当大的一部分入射光。频移放大还需要对激光流具有良好阻抗的衍射光栅，尤其在已经放大激光脉冲之后重新压缩该激光脉冲。2. 3衍射光栅如在M. D. Perry, R. D. Boyd, J. A. Britten, B. ff. Shore, C. Shannon and L. Li 的文章“High efficiency multilayer dielectric diffraction gratings，，(Opt. Lett. 20,940-942-1995)中指出的衍射光栅具有比更有效的金属光栅更好的激光流阻抗性能水平。衍射光栅由放置在衬底上的薄介电层的叠层组成并且反射高达约99%的入射光。周期性蚀刻上表面以获得衍射光栅。选择这种叠层中每层的厚度以形成布拉格反射镜，或者“四分之一波反射镜”，其中具有高折射率nH的层与具有低折射率的层交替。高折射率nH层的厚度tH和低折射率
层的厚度\分别由下列关系式确定
权利要求
1.一种用于获取具有预定光谱范围、入射角和极化的光束的衍射的反射式衍射光栅的方法，所述反射式衍射光栅包括至少四个平坦的介电材料层的叠层，蚀刻上介电材料层以形成衍射光栅，所述上介电材料层的蚀刻周期是预定的， 其特征在于，所述方法实施以下步骤 选择包括被蚀刻层的介电材料层的数量和特性； 在利用预定间隔和预定增量间距改变至少四个所述介电材料层的厚度和光栅的至少一个蚀刻参数的同时，针对属于每个预定衍射光栅结构使用的光谱范围的频率采样数字地计算至少一个衍射级的反射效率和/或透射效率； 以及基于决定于光栅的给定用途的标准从计算结构中选择至少一个结构。
2.根据权利要求I所述的获取衍射光栅的方法，其特征在于，介电材料的非蚀刻层放 置在金属层上，并且具有数量在5个和15个之间的所述非蚀刻层。
3.根据权利要求I或2所述的获取衍射光栅的方法，其特征在于，数值在计算步骤期间改变的蚀刻参数是蚀刻深度和沟槽宽度。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的获取衍射光栅的方法，其特征在于，针对分布在宽度大于IOOnm的光谱范围内的至少10个频率采样进行至少一个所述衍射级的所述反射效率和/或透射效率的数字计算。
5.根据权利要求4所述的获取衍射光栅的方法，其特征在于，所述光谱范围在700nm和900nm之间。
6.一种反射式衍射光栅，包括 金属层； 交替的至少两个具有高折射率的材料层和两个具有低折射率的材料层； 介电材料的上层，被蚀刻以形成衍射光栅； 其中，根据本发明，至少两个具有高折射率的材料层或具有低折射率的材料层具有不同的厚度； 其中，通过根据权利要求I至5中任一项所述的确定尺寸的方法来确定具有高折射率的材料层和具有低折射率的材料层的厚度以及所述上层的至少一个蚀刻参数。
7.根据权利要求6所述的反射式衍射光栅，其特征在于，所述反射式衍射光栅包括交替的至少两个二氧化硅(SiO2)层和两个二氧化铪(HfO2)层，并且被蚀刻的上层由二氧化硅(SiO2)制成。
8.根据权利要求7所述的反射式衍射光栅,对于光谱范围在700和900nm之间的光线的衍射，入射角在50°和56°之间， 所述反射式衍射光栅包括在其上至少沉积以下层的衬底(I) 金(Au)层(20)，具有大于150nm的厚度； 二氧化硅(SiO2)层(21)，具有150nm和300nm之间的厚度； 二氧化铪(HfO2)层(22)，具有150nm和300nm之间的厚度； 二氧化硅(SiO2)层(23)，具有250nm和400nm之间的厚度； 二氧化铪(HfO2)层(24)，具有50nm和200nm之间的厚度； 二氧化硅(SiO2)层(25)，具有50nm和200nm之间的厚度； 二氧化铪(HfO2)层(26)，具有IOOnm和250nm之间的厚度；二氧化硅(SiO2)层(28)，具有625nm和775nm之间的厚度， 在所述二氧化硅(SiO2)层(28)的整个厚度范围内对其进行蚀刻以形成光栅，蚀刻周期d在每毫米1400条线和1550条线之间并且蚀刻宽度为使得比率c/d等于O. 65。
9.根据权利要求8所述的反射式衍射光栅，其特征在于，氧化铝(27)层沉积在最后的二氧化铪(HfO2)层(26)和被蚀刻的二氧化硅(SiO2)层(28)之间。
10.根据权利要求9所述的反射式衍射光栅，包括在其上依次沉积以下层的衬底(I) 金(Au)层(20)； 二氧化硅(SiO2)层(21)，具有240nm的厚度； 二氧化铪(HfO2)层(22)，具有240nm的厚度； 二氧化硅(SiO2)层(23)，具有380nm的厚度； 二氧化铪(HfO2)层(24)，具有IOOnm的厚度； 二氧化硅(SiO2)层(25)，具有IOOnm的厚度； 二氧化铪(HfO2)层(26)，具有200nm的厚度； 氧化铝(Al2O3)层(27)，具有50nm的厚度；以及 二氧化硅(SiO2)层(28)，具有700nm的厚度，在所述二氧化硅(SiO2)层(28)的整个厚度范围内对其进行蚀刻。
全文摘要
本发明涉及用于获得用于光束衍射的反射式衍射光栅的方法，该反射式衍射光栅包括至少四个平坦介电材料层的叠层，蚀刻上介电材料层以形成衍射光栅，上介电材料层的衍射周期是预先确定的，该方法实施以下步骤选择包括被蚀刻层的介电材料层的数量和特性；在改变至少四个介电材料层的厚度和光栅的至少一个蚀刻参数的同时，针对属于用于每个预定衍射光栅结构的光谱范围的频率采样数字地计算至少一个衍射级中的反射效率和/或透射效率；以及基于决定于光栅的给定用途的标准从计算的结构中选择至少一个结构。
文档编号G02B5/18GK102812388SQ201080062353
公开日2012年12月5日 申请日期2010年12月13日 优先权日2009年12月17日
发明者尼古拉斯·博诺, 让-保尔·尚巴雷 申请人:巴黎综合理工学院, 国家科学研究中心