CN219245798U - 一种透射式衍射光栅 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种透射式衍射光栅，其包括衬底、设置于所述衬底上的第一光栅层、以及设置于所述第一光栅层的栅齿上的第二光栅层；其中，所述第一光栅层的周期为550~600nm、刻蚀深度为1000~1200nm、栅齿宽度为250~300nm，所述第二光栅层的周期为550~600nm、刻蚀深度为300~400nm、栅齿宽度为200~300nm。本实用新型采用第一光栅层和第二光栅层在衬底上形成双层光栅结构，并通过对其栅齿和栅谷的结构和尺寸进一步优化，能将衍射效率从92%提升至98%以上，并对栅齿侧壁和栅谷底壁的粗糙度要求低，工艺容差较大，便于制备。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学元件的技术领域，尤其是涉及一种透射式衍射光栅。
背景技术
透射式衍射光栅在超短脉冲激光器中是非常重要的光学元件，通常采用光学透明材料，通过周期性结构，对入射光的振幅或相位（或两者同时）进行空间调制，从而实现啁啾脉冲放大、光谱合束等功能。如图1所示，传统透射式衍射光栅通常为单层的一维周期性光栅，为得到高衍射效率，会将激光一定角度入射至透射式衍射光栅表面，使出射光集中在-1级次出射，降低0级衍射出射。
现有的透射式衍射光栅在实际使用时，对于一台超短脉冲激光器，通常会采用两组或者四组透射式衍射光栅，假设透射式衍射光栅效率可达最高值92%，激光每经过一次光栅，会产生8%的光损耗，最终的光效率会降低至70%左右，因此设计高衍射效率且工艺难度低的透射式衍射光栅对超短脉冲激光领域有着重要的意义。
实用新型内容
本实用新型要解决的问题是针对现有技术中所存在的上述不足而提供一种透射式衍射光栅，其具有衍射效率高、便于制备的优点。
本实用新型的上述实用新型目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种透射式衍射光栅，包括衬底、设置于所述衬底上的第一光栅层、以及设置于所述第一光栅层的栅齿上的第二光栅层；其中，所述第一光栅层的周期为550~600nm、刻蚀深度为1000~1200nm、栅齿宽度为250~300nm，所述第二光栅层的周期为550~600nm、刻蚀深度为300~400nm、栅齿宽度为200~300nm。
通过采用上述技术方案，采用第一光栅层和第二光栅层在衬底上形成双层光栅结构，可将透过光栅的-1级衍射光集中在某一特定角度出射，并通过对其栅齿和栅谷的结构和尺寸进一步优化，进一步提高该结构的衍射效率，相对于传统的单层衍射光栅，能将衍射效率从92%提升至98%以上，并对栅齿侧壁和栅谷底壁的粗糙度要求低，工艺容差较大，便于制备。
本实用新型进一步设置为：所述第一光栅层的栅齿呈长方体形、并沿着所述衬底的宽度方向彼此间隔地排列，所述第二光栅层的栅齿呈长方体形、并沿着所述衬底的长度方向彼此间隔地排列。
通过采用上述技术方案，这种栅齿形貌能进一步降低对栅齿侧壁和栅谷底壁的粗糙度要求，进而降低工艺难度。
本实用新型进一步设置为：所述衬底由石英、玻璃或陶瓷组成。
通过采用上述技术方案，有利于提高衍射效率，降低工艺难度。
本实用新型进一步设置为：所述衬底的厚度为0.5~2.0mm。
通过采用上述技术方案，有利于提高衍射效率。
本实用新型进一步设置为：所述第一光栅层由石英、玻璃或陶瓷组成。
通过采用上述技术方案，有利于提高衍射效率，降低工艺难度。
本实用新型进一步设置为：所述第一光栅层的周期为574nm、刻蚀深度为1100nm、栅齿宽度为250nm。
通过采用上述技术方案，在此尺寸下的衍射效率最佳。
本实用新型进一步设置为：所述第二光栅层由石英、玻璃或陶瓷组成。
通过采用上述技术方案，有利于提高衍射效率，降低工艺难度。
本实用新型进一步设置为：述第二光栅层的周期为574nm、刻蚀深度为360nm、栅齿宽度为250nm。
通过采用上述技术方案，在此尺寸下的衍射效率最佳。
综上所述，本实用新型的有益技术效果为：采用第一光栅层和第二光栅层在衬底上形成双层光栅结构，并通过对其栅齿和栅谷的结构和尺寸进一步优化，能将衍射效率从92%提升至98%以上，并对栅齿侧壁和栅谷底壁的粗糙度要求低，工艺容差较大，便于制备。
附图说明
图1是本实用新型背景技术的单层衍射光栅的结构示意图。
图2是本实用新型实施例1的透射式衍射光栅的结构示意图。
图3是本实用新型实施例2的衬底和第一光栅层之间的连接关系示意图。
图4是本实用新型实施例2的第一光栅层和第二光栅层之间的连接关系示意图。
图5是本实用新型实施例3的透射式衍射光栅和背景技术的单层衍射光栅之间的-1级衍射效率对比图。
图6是本实用新型实施例3的透射式衍射光栅表面粗糙度和衍射效率之间的关系图。
图中，1、衬底；2、第一光栅层；3、第二光栅层。
实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步阐述。
实施例1：参照图2，为本实用新型公开的一种透射式衍射光栅，包括衬底1、设置于所述衬底1上的第一光栅层2、以及设置于所述第一光栅层2上的第二光栅层3。采用第一光栅层2和第二光栅层3在衬底1上形成双层光栅结构，可将透过光栅的-1级衍射光集中在某一特定角度出射，并通过对其栅齿和栅谷的结构和尺寸进一步优化，进一步提高该结构的衍射效率，相对于传统的单层衍射光栅，能将衍射效率从92%提升至98%以上，并对栅齿侧壁和栅谷底壁的粗糙度要求低，工艺容差较大，便于制备。
实施例2：参照图3，为本实用新型公开的一种透射式衍射光栅，与实施例1的不同之处在于，衬底1由石英组成，衬底1的厚度d0为1mm。
为提高衍射效率、降低工艺难度，第一光栅层2由石英组成，其形成多个沿着衬底1的宽度方向彼此间隔地排列、并呈长方体形的栅齿组成，且相邻两个第一光栅层2的栅齿之间形成栅谷，第一光栅层2的栅谷底壁即为衬底1表面。其中，第一光栅层2的周期p1为574nm、刻蚀深度d1为1100nm、栅齿宽度w1为250nm。
参照图4，为提高衍射效率、降低工艺难度，第二光栅层3由石英组成，其形成多个沿着衬底1的长度方向彼此间隔地排列、并呈长方体形的栅齿组成，且相邻两个第二光栅层3的栅齿之间形成栅谷，第二光栅层3的栅谷底壁即为第一光栅层2的栅齿表面。其中，第二光栅层3的周期p2为574nm、刻蚀深度d2为360nm、栅齿宽度w2为250nm。
实施例3：为本实用新型公开的一种透射式衍射光栅，与实施例2的不同之处在于，透射式衍射光栅的具体实现方式如下，
1.衬底准备：将石英衬底放入清洗花篮中，花篮放入清洗槽；使用丙酮、乙醇、异丙醇分别超声清洗10min，清洗频率40kHz，清洗完成后，提起花篮，迅速在氮***下吹干；
2.匀胶：ARP6200电子束曝光胶从冰箱取出后，静置30min，直至恢复至室，清洗干净的衬底放置在匀胶机载盘中央，用一次性滴管吸取ARP6200电子束曝光胶滴在衬底中央，取液量为1~6mL，设置匀胶机转速为4000rpm，时间为2min，匀胶完成的片子在热板140℃烘烤2min；
3.曝光：使用电子束曝光设备，光刻机或激光直写设备对匀好胶的片子进行曝光；
4.显影：以APR6200电子束曝光胶为例，显影液为AR600-546，从冰箱取出，静置30min恢复室温后，倒入200mL到反应皿，另外准备一个反应皿，倒入200mL异丙醇。将曝光好的片子放入花篮，一起浸没在显影液中，1min后提起花篮，放入异丙醇的反应皿，静置20s后迅速捞出，吹干；
5.刻蚀：使用ICP刻蚀设备对完成上步的样品进行刻蚀，使用氟基气体进行刻蚀，刻蚀深度为d1；
6.测试：表面形貌和深度可以通过SEM或共聚焦光镜进行表征；
7.匀胶：将完成上步的样品放置在匀胶机载盘中央，用一次性滴管吸取ARP6200电子束曝光胶滴在衬底中央，取液量为4mL，设置匀胶机转速为4000rpm，时间为2min，匀胶完成的片子在热板140℃烘烤2min；
8.辊压：软膜置于完成上步的样品上方，滚轮从样品的一侧滚动至另一侧，软膜材料可为软膜胶处理后的PET或PDMS等；
9.曝光：将完成上步的样品置于紫外固化灯下，照射90s后，将软膜取下；
10.匀胶：ARP6200从冰箱取出后，静置30min，直至恢复至室温。清洗干净的衬底放置在匀胶机载盘中央，用一次性滴管吸取ARP6200电子束曝光胶滴在衬底中央，取液量为4mL，设置匀胶机转速为4000rpm，时间为2min，匀胶完成的片子在热板150℃烘烤2min；
11.曝光：使用电子束曝光设备，光刻机或激光直写设备对匀好胶的片子进行曝光；
12.显影：以APR6200电子束曝光胶为例，显影液为AR600-546，从冰箱取出，静置30min恢复室温后，倒入200mL到反应皿，另外准备一个反应皿，倒入200mL异丙醇。将曝光好的片子放入花篮，一起浸没在显影液中，1min后提起花篮，放入异丙醇的反应皿，静置20s后迅速捞出，吹干；
13.刻蚀：使用ICP刻蚀设备对完成上步的样品进行刻蚀，使用氟基气体进行刻蚀，刻蚀深度为d2；
14.测试：表面形貌和深度可以通过SEM或共聚焦光镜进行表征，结果如图5和图6所示。
从图5可以看出，其给出单层和双层透射式衍射光栅结构-1级衍射效率对比结果，在1030nm工作波长附近，单层结构衍射效率为91.94%，双层结构将衍射效率提升至98.19%。
从图6可以看出，给出粗糙度对衍射光栅结构-1级衍射效率的影响，两个曲线重合度很好，因此刻蚀工艺引起的光栅表面粗糙对衍射效率无影响。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种透射式衍射光栅，其特征在于：包括衬底、设置于所述衬底上的第一光栅层、以及设置于所述第一光栅层的栅齿上的第二光栅层；其中，所述第一光栅层的周期为550~600nm、刻蚀深度为1000~1200nm、栅齿宽度为250~300nm，所述第二光栅层的周期为550~600nm、刻蚀深度为300~400nm、栅齿宽度为200~300nm。
2.根据权利要求1所述的一种透射式衍射光栅，其特征在于：所述第一光栅层的栅齿呈长方体形、并沿着所述衬底的宽度方向彼此间隔地排列，所述第二光栅层的栅齿呈长方体形、并沿着所述衬底的长度方向彼此间隔地排列。
3.根据权利要求1所述的一种透射式衍射光栅，其特征在于：所述衬底由石英、玻璃或陶瓷组成。
4.根据权利要求3所述的一种透射式衍射光栅，其特征在于：所述衬底的厚度为0.5~2.0mm。
5.根据权利要求1所述的一种透射式衍射光栅，其特征在于：所述第一光栅层由石英、玻璃或陶瓷组成。
6.根据权利要求5所述的一种透射式衍射光栅，其特征在于：所述第一光栅层的周期为574nm、刻蚀深度为1100nm、栅齿宽度为250nm。
7.根据权利要求1所述的一种透射式衍射光栅，其特征在于：所述第二光栅层由石英、玻璃或陶瓷组成。
8.根据权利要求7所述的一种透射式衍射光栅，其特征在于：所述第二光栅层的周期为574nm、刻蚀深度为360nm、栅齿宽度为250nm。
Priority Applications (1)
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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| CN202320552379.1U Active CN219245798U (zh) | 2023-03-15 | 2023-03-15 | 一种透射式衍射光栅 |
Country Status (1)
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2023
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