一种具有高衍射效率的浸没式闪耀光栅的制作方法

本技术涉及成像光谱仪系统的色散元件，具体涉及一种具有高衍射效率的浸没式闪耀光栅。

背景技术：

1、高光谱遥感成像技术是新一代对地观测技术，广泛应用于地质调查、大气与环境遥感监测、精细农业、医用光谱成像分析、军事目标侦查等领域。按分光机理分类，高光谱遥感成像光谱仪主要分为色散式、滤波式、干涉式三大类。其中，色散式成像光谱仪的技术成熟度高，应用更为广泛。

2、光栅成像光谱仪是色散式成像光谱仪的代表之一，具有高成像质量、无谱线弯曲、无梯形畸变、光谱响应函数均匀一致等优点，能够获取具有高分辨率的光谱图像。光栅可以分为两类：一类是laminar光栅，即矩形槽光栅，其制作相对简单，但是衍射效率偏低，影响成像光谱仪的性能；另一类是闪耀光栅，线槽断面呈锯齿形，其制作难度大，优点是衍射效率高。只有衍射效率足够高的闪耀光栅，才能确保光栅成像光谱仪的高质量成像。

3、当光栅的线槽断面呈锯齿形时，光栅衍射的光能量便能集中在预定的方向上，即某一光谱级上；从这个方向探测时，光谱的强度最大，这种现象称为闪耀；闪耀光栅中，起衍射作用的槽面是光滑的平面，它与光栅的基底形成的夹角，称为闪耀角。通过对闪耀光栅闪耀角的设计，可以控制某一特定波段内闪耀光栅不同衍射级次的衍射效率，将能量集中在某一特定的衍射级次。在本实用新型之前，中国发明专利cn104237988a发布了一种高衍射效率闪耀光栅结构，该光栅的光栅常数为3.33μm，闪耀角较大，无法将能量集中在单一衍射级次，不同衍射级次的能量会相互干扰。

技术实现思路

1、本实用新型针对现有光栅色散成像光谱仪中，低色散率光栅导致的光谱叠级问题，提供一种能够抑制其他衍射级次能量，在衍射级次为正一级时具有高衍射效率的浸没式闪耀光栅，使得光谱叠级问题不再影响成像光谱仪的高性能成像。

2、本实用新型所采用的技术方案是:提供一种具有高衍射效率的浸没式闪耀光栅，它包括石英基底、反射层和透射层；石英基底上覆盖铝膜反射层，反射层上覆盖致密平整的二氧化硅薄膜透射层；所述闪耀光栅的入射角为，光栅顶角为90°，闪耀角为，光栅常数d为7μm。

3、在本实用新型技术方案中，反射层的厚度为0.1～0.2μm；透射层的厚度为3～5μm。

4、采用本实用新型提供的浸没式闪耀光栅结构，在400nm～800nm工作波段的入射光经透射层的内部朝向反射层入射，在透射层和反射层的交界面处发生衍射效应，产生的衍射光经金属反射层反射并从透射层的内部出射，光栅大部分能量集中在正一级，其他衍射级次的能量被抑制，不会对正一级色散光谱造成干扰，光栅正一级的衍射效率大于60%。

5、本实用新型提供的浸没式闪耀光栅，闪耀光栅反射层的材质为金属铝。由于铝在可见光及近红外范围内具有高反射率，0.1～0.2μm厚的高反射率金属铝膜，能确保入射光照射到闪耀光栅反射层与透射层交界面时，绝大部分能量都被反射，进而保证成像光谱仪的高能量利用率。

6、本实用新型的浸没式闪耀光栅，由石英基底、金属反射层和透射层构成，由于铝在可见光及近红外范围内具有高反射率，因此闪耀光栅具有高衍射效率，可保证在成像光谱仪应用中的高能量利用率。本实用新型涉及的闪耀光栅使用了浸没式结构，通过对闪耀光栅结构的优化，极大减少了其他衍射级次能量对正一级色散光谱的影响，保证成像光谱仪在可见光及近红外范围内的高性能成像。

7、与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

8、1、本实用新型提供的浸没式闪耀光栅在400nm到800nm的工作波段内，正一级的衍射效率大于55%，最高衍射效率达到85%，能确保成像光谱仪的高能量利用率。

9、 2、本实用新型提供的浸没式闪耀光栅在提高光栅正一级衍射效率的同时，抑制了负一级、零级和二级等衍射级次的衍射效率，确保其他衍射级次的能量小于总衍射能量的5%，不会造成光谱叠级时图像信息串扰的问题，保证了成像光谱仪的高性能成像。

10、 3、本实用新型提供的浸没式闪耀光栅在金属铝膜上覆盖致密平整的二氧化硅薄膜透射层，便于擦洗清洁，能有效保护光栅的槽型结构。

技术特征：

1.一种具有高衍射效率的浸没式闪耀光栅，其特征在于：它包括石英基底（1）、反射层（2）和透射层（3）；石英基底上覆盖铝膜反射层，反射层上覆盖致密平整的二氧化硅薄膜透射层；所述闪耀光栅的入射角为，光栅顶角为90°，闪耀角为，光栅常数d为7μm。

2.根据权利要求1所述的一种具有高衍射效率的浸没式闪耀光栅，其特征在于：反射层的厚度为0.1～0.2μm 。

3.根据权利要求1所述的一种具有高衍射效率的浸没式闪耀光栅，其特征在于：透射层的厚度为3～5μm。

技术总结
本技术涉及一种具有高衍射效率的浸没式闪耀光栅。在石英基底上覆盖铝膜反射层，反射层上覆盖致密平整的二氧化硅薄膜透射层；闪耀光栅的入射角为，光栅顶角为90°，闪耀角为，光栅常数d为7μm。闪耀光栅采用浸没式结构，入射光经透射层朝向反射层入射，并在透射层和反射层交界面处发生衍射效应，产生的衍射光经金属反射层反射并从透射层的内部出射。本技术提供的闪耀光栅在400～800nm的工作波段内，正一级的衍射效率大于55%，能有效提高成像光谱仪的能量利用率，减少其他衍射级次能量对正一级色散光谱的影响，确保成像光谱仪在可见光及近红外范围内的高性能成像。

技术研发人员：邢贺
受保护的技术使用者：徐州治鼎环境科技有限公司
技术研发日：20220815
技术公布日：2024/1/13