一种浸没式连续面型衍射分束器的制作方法

本技术属于光学，具体涉及一种浸没式连续面型衍射分束器。

背景技术：

1、分束器可放置于光学路径上，调制光线以实现把单一光束按比例分配到多个目标光束中的功能。广泛应用在激光雷达，激光加工显示，皮肤治疗等领域。

2、分束器为周期性结构，周期大小受相邻级次夹角，适用波长等参数的影响，由衍射方程其中d为周期大小，θm为衍射光束夹角，m为光束级次，λ为工作波长。单周期内面型连续，面型具体结构受分束目标影响，面型整体为中心对称图形。

3、目前衍射分束器多以高度离散的台阶型结构为主，因为制程原因阶数多为2^n个，典型的如：2阶，4阶，8阶，16阶等。因台阶型结构的限制，其衍射效率有其理论瓶颈(理论上，其衍射效率上线为40.5％，81.1％，95.1％，98.7％等)。但加工过程中引入的形状公差，位置公差等因素，会使实际效率进一步降低。

4、在微纳米面型加工领域，目前主要以单点金刚石机械加工，掩膜光刻和无掩膜激光直写，纳米压印等方式进行，除去高成本的半导体工艺外，超精密机械加工，激光直写工艺精度可达100nm。但对于亚微米级面型的加工，当前的精度还有待进步。

技术实现思路

1、本申请的主要目的在于提供一种整体面型过度光滑、无阶梯型结构，且整体衍射效率可达95％以上，级次间的均匀性误差可小于5％，分束均匀性比较好的浸没式连续面型衍射分束器。

2、为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

3、一种浸没式连续面型衍射分束器，所述衍射分束器由至少一个单周期结构阵列构成；

4、所述单周期结构由下至上依次包括基底结构层、光学介质1、光学介质2，所述光学介质1和所述光学介质2的折射率不同；

5、所述光学介质1和所述光学介质2之间的面型矢高h满足下述关系式：

6、

7、其中：

8、λ代表波长；

9、代表相位；

10、n1代表光学介质1的折射率；

11、n2代表光学介质2的折射率。

12、分束器为周期性结构，周期大小受相邻级次夹角，适用波长影响，由衍射方程其中d为周期大小，θ为衍射光束夹角，m为光束级次，λ为工作波长。

13、原衍射分束方案为单一调制面型，折射率数值固定为n1，如介质后直接入射到空气介质中，折射率差δn较大，因此矢高较低，面型加工精度很难保证。如面型两侧介质折射率相近，面型对应的矢高较原矢高有数倍的提升，其面型对应的矢高一般可由亚微米矢高增加到数微米乃至数百微米的高度。使面型加工难度显著降低。

14、上述一种浸没式连续面型衍射分束器，作为一种优选的实施方案，还包括下层减反射膜和上层减反射膜，所述下层减反射膜覆盖于所述基底结构层的下表面，所述上层减反射膜覆盖于所述光学介质2的上表面；

15、所述下层减反射膜和所述上层减反射膜的波长与上述关系式的波长相同。

16、减反射膜的设置可增加透射率。膜层可为单层氟化镁(mgf)或其他多层膜系。

17、上述一种浸没式连续面型衍射分束器，作为一种优选的实施方案，所述基底结构层为石英层、玻璃层或光学塑料层；所述基底结构层的厚度为2-3mm。

18、上述一种浸没式连续面型衍射分束器，作为一种优选的实施方案，所述光学介质1为光学玻璃、光学塑料或光学树脂，所述光学介质1与空气的折射率差值为0.4-1.2；所述光学介质1的厚度为面型矢高h。

19、上述一种浸没式连续面型衍射分束器，作为一种优选的实施方案，所述光学介质2为光学玻璃、光学塑料或光学树脂，所述光学介质1和所述光学介质2的折射率差值为0-0.9；所述光学介质2的厚度为20-30um。

20、上述一种浸没式连续面型衍射分束器，作为一种优选的实施方案，还包括上基底层，所述上基底层覆盖于所述光学介质2的上表面；

21、所述上基底层为石英层、玻璃层或光学塑料层；所述上基底层的厚度为2-3mm。

22、上基底层的设置将整体封装成一体式结构，将光学调制面型跟外界环境隔绝起来，能起到很好的防尘、防霉菌、防水汽、防盐雾的效果，可长期保持优良的光学性能。

23、作为一种优选的实施方案，上基底层可通过胶合的方式附着于光学介质2的上表面。

24、本申请的第二方面，提供一种浸没式连续面型衍射分束器的制备方法，包括以下步骤：

25、(1)制作母版，所述母版的表面结构与光学介质1和光学介质2之间的面型相吻合；

26、(2)在基底结构层上放置粘稠态的光学介质1，采用母版进行压印，使光学介质1填满母版与基底结构层之间的空隙，加热固化，去掉母版；

27、(3)在步骤(2)所得基板上放置粘稠态的光学介质2，采用水平母版压印，待表面平整后固化处理，得所述浸没式连续面型衍射分束器。

28、上述一种浸没式连续面型衍射分束器的制备方法，作为一种优选的实施方案，步骤(1)中，所述母版的表面结构通过激光直写、灰度光刻或超精密机床加工制作。

29、本实用新型的有益效果为：本实用新型所述一种浸没式连续面型衍射分束器整体面型过度光滑、无阶梯型结构，整体衍射效率可达95％以上，级次间的均匀性误差可小于5％，分束均匀性较好。

30、本实用新型所述一种浸没式连续面型衍射分束器面型对应的矢高较原矢高有数倍的提升，显著降低了面型加工的难度。

技术特征：

1.一种浸没式连续面型衍射分束器，其特征在于，所述衍射分束器由至少一个单周期结构阵列构成；

2.根据权利要求1所述一种浸没式连续面型衍射分束器，其特征在于，还包括下层减反射膜和上层减反射膜，所述下层减反射膜覆盖于所述基底结构层的下表面，所述上层减反射膜覆盖于所述光学介质2的上表面。

3.根据权利要求1所述一种浸没式连续面型衍射分束器，其特征在于，所述基底结构层为石英层、玻璃层或光学塑料层；所述基底结构层的厚度为2-3mm。

4.根据权利要求1所述一种浸没式连续面型衍射分束器，其特征在于，所述光学介质1为光学玻璃、光学塑料或光学树脂，所述光学介质1与空气的折射率差值为0.4-1.2。

5.根据权利要求4所述一种浸没式连续面型衍射分束器，其特征在于，所述光学介质2为光学玻璃、光学塑料或光学树脂，所述光学介质1和所述光学介质2的折射率差值为0-0.9；所述光学介质2的厚度为20-30um。

6.根据权利要求1所述一种浸没式连续面型衍射分束器，其特征在于，还包括上基底层，所述上基底层覆盖于所述光学介质2的上表面；

技术总结
本技术公开了一种浸没式连续面型衍射分束器，所述衍射分束器由单周期结构阵列构成；所述单周期结构由下至上依次包括基底结构层、光学介质1、光学介质2，所述光学介质1和所述光学介质2的折射率不同；所述光学介质1和所述光学介质2之间的面型矢高h满足下述关系式：h＝1/2*λ*φ*n1‑n2/π。本技术的有益效果为：本技术所述一种浸没式连续面型衍射分束器整体面型过度光滑、无阶梯型结构，整体衍射效率可达95％以上，级次间的均匀性误差可小于5％，分束均匀性较好。本技术所述一种浸没式连续面型衍射分束器其面型对应的矢高较原设计矢高有数倍的提升，显著降低了面型加工的难度。

技术研发人员：郝磊,罗群,杨兴朋
受保护的技术使用者：嘉兴微瑞光学有限公司
技术研发日：20221229
技术公布日：2024/1/12