量子点阵衍射光栅 1.技术领域
本发明涉及衍射光栅领域，具体涉及一种用作谱仪分光元件或者单色器波长分离/选择元件的量子点阵衍射光栅，并涉及通过从该量子点阵衍射光栅转印制得的反光栅和复制光栅。
2.背景技术
衍射光栅是一系列彼此距离与要研究的光的波长相当的反射(或透射)光学元件的集合。可以被看作是一系列衍射元件诸如不透明屏上一系列的狭缝(或孔)、或者基底上一系列反射沟槽的集合。一个反射光栅由光栅叠加在一块反射表面构成，一个透射光栅由光栅叠加在一个透明表面构成。入射到光栅上的电磁波，通过衍射，将按照一种可预期的方式改变其电场的振幅、位相，或者同时改变其振幅和位相(Diffraction Grating Handbook，fifth edition，Christopher Palmer，Edited by Erwin Loewen，can be found athttp://www.gratinglab.com/)。因此衍射光栅可以用作谱仪分光元件或者单色器波长分离/选择元件。已知的衍射光栅的结构和种类较多，有透射的和反射的，有平面的也有曲面的，有恒栅距的也有变栅距的，甚至光栅线条也有平直的和曲线的，有应用于红外波段的，也有应用于可见光、紫外和X光波段的，所有的光栅均由一系列的、平行的线条或者沟槽构成，光在光栅表面的透过率(或者反射率)除了全息光栅而外，沿与光栅线条或者沟槽垂直地方向呈价跃变化，这种变化的特征导致光栅高级衍射的存在是不可避免的。透射全息光栅的振幅和位相均呈正弦规律变化，仍导致高级衍射的存在(《工程光学》，机械工业出版社，郁道银、谈恒英主编)，反射全息光栅的反射率不能保证是正弦规律变化，也将导致高级衍射的存在。高级衍射给衍射光栅的应用带来了干扰并导致误差，例如：1、光栅作为谱仪分光元件时得到的光谱是一级谱和各高级谱的叠加，不能直接反映实际光谱的形状；2、光栅作为单色器使用时，出射口得到的光将包含一定量的高次谐波组分。
3.发明内容
本发明的目的在于提供一种量子点阵衍射光栅，可以较好的遏制高级衍射现象的发生。
本发明的量子点阵衍射光栅的特点是：基本构成元素是一系列的量子点，量子点在光栅基面上沿一维空间随机分布，沿另一维正弦或余弦分布。
量子点组成的形状可以是正三角形、正方形、正六边形、圆形或其他任意形状。
量子点的尺寸大小可以是常量，也可以是可变量。
量子点是不透明屏上的小孔或透明表面上的不透明量子点。
量子点是非反射表面上的反射量子点或反射表面上的非反射量子点。
光栅是透明表面上的透明量子点引起位相差或是反射表面上的反射量子点引起位相差。
光栅的基底表面为平面、曲面或两维互相垂直的空间坐标轴可以是直的也可以是弯的。
量子点的槽形可以是矩形，可以是锯齿形，也可以是正弦形。
光栅转印成为反光栅。
光栅复制成为复制光栅。
本发明的量子点阵衍射光栅，由一系列准随机排列的量子点构成。量子点的数密度在光栅表面沿一维呈随机分布，沿另一维呈正弦分布。量子点正弦分布的一个周期对应于传统光栅阶跃变化的一个周期。量子点尺寸根据实际需要决定，量子点的尺寸可以是常量，也可以是变量，尤其当需要设计变栅距光栅时，采用多种尺寸的量子点是方便的。量子点的形状可以是正三角形、正四边形、正六边形、其他正多边形或者圆形。对于透射量子点光栅而言，每一个量子点是一个不透明屏上的透明小孔；对于反射量子点阵光栅而言，每一个量子点是一个小的反射元件，这个反射元件的反射率和光栅基底面的反射率呈二值阶跃变化：量子点的反射率为一时，基底面的反射率为零，反之，基底面反射面的反射率为一时，量子点的反射率为零。
本发明的量子点阵衍射光栅具有以下特征：
1)以量子点作为构成光栅衍射元件的基本单元；
2)以一定规则排列的量子点阵取代已知光栅的狭缝或者沟槽；
3)沿色散方向的透过率(或者反射率)函数呈正弦规律变化；
4)适用于多种形式的光栅，对透射的或者反射的，平面的或者曲面的，恒栅距的或者变栅距的，光栅线条平直的或者曲线的，应用于红外波段的，应用于可见光、紫外或者X光波段的光栅都适用。
5)高级衍射被有效遏制，作为谱仪分光元件使用时，将排除因高级衍射带来的干扰和误差，作为单色器分光元件使用时，将排除因高级衍现象而导致的高次谐波成分，提高出射光的单色性能。
本发明的量子点阵衍射光栅可以消除高级衍射，从而避免因此而在应用中带来的干扰和误差。
下面结合附图和具体实施方式详细描述本发明的实现过程。
4.附图说明
图1为本发明量子点阵衍射光栅实施例的正方形量子点阵平面透射衍射光栅的结构示意图
图2为图1的局部放大图
图3为本发明量子点阵衍射光栅实施例的量子点平面透射光栅对单色光的衍射谱线示意图
图4为一种普通光栅对单色光的衍射的谱线示意图。
图5为本发明量子点阵衍射光栅实施例的平面量子点阵透射衍射光栅的横截面示意图。
图6为本发明量子点阵衍射光栅实施例的平面量子点阵反射衍射光栅的横截面示意图。
图7为本发明量子点阵衍射光栅实施例的曲面反射光栅的横截面示意图。
5.具体实施方式
由图1、图2可以看出，本发明的量子点阵衍射光栅由分布在光栅基底表面2上的大量量子点1排列构成。
量子点1的形状为正方形，量子点沿水平方向随机分布，其数密度沿竖直方向依正弦规律变化。
对比图3和图4的谱线示意图可以看出本发明的量子点阵衍射光栅没有高级衍射，而普通光栅有高级衍射。
实施例1
图1为本发明实施例的正方形量子点阵平面透射衍射光栅。
本发明的实施例的制备过程为：
①、首先，利用计算机辅助设计手段，基于公式ρN(x)＝(1/2+1/2cos(πx/d))d产生图1所示的正方形量子点阵平面透射衍射光栅图形，其中ρN为量子点数密度，x为光栅基底表面的某一维坐标，d为正弦变化的周期长度。量子点的尺寸远小于d，至少是d的1/5。
②、将①中产生的正方形量子点阵平面透射衍射光栅图形转换成LEDIT格式文件；
③、利用数控聚焦电子束光刻设备，由步骤②产生的LEDIT文件控制，将如图1所示的正方形量子点阵平面透射衍射光栅图形写在敷有Ta材料薄层的薄的SiC基片上，即制成一种正方形量子点阵平面透射衍射光栅。
图5表示的即是本发明量子点阵衍射光栅实施例1的平面量子点阵透射衍射光栅的横截面示意图。
实施例2
将实施例1中获得的量子点阵平面透射衍射光栅作为X光光刻掩模，利用X光光刻技术复制获得量子点阵平面透射衍射光栅，量子点材料采用金，透明基底面的材料采用CH材料。
实施例3
量子点阵衍射光栅的反光栅的制备。
通过转印的方法，采用与实施例1或实施例2相同的材料，制作与实施例1或实施例2相反的图形结构，即可制成量子点阵衍射光栅的反光栅。反光栅的衍射模式与实施例1或实施例2的衍射模式相同。
实施例4
复制光栅的制备
通过复制方法，可以制作出结构、材料和图形与实施例1、实施例2或者实施例3完全一致的复制光栅。复制光栅与实施例1、实施例2或者实施例3的光栅具有相同的功能。
实施例5
将实施例1、实施例2、实施例3或实施例4中的金属材料抛光(底衬材料加厚)即制成正方形量子点阵平面反射衍射光栅。
图6给出了本发明量子点阵衍射光栅实施例的一种正方形平面量子点阵反射衍射光栅的横截面示意图。
实施例6
将实施例5中的正方形量子点阵平面反射衍射光栅压弯紧固于合适曲面上即可制成正方形量子点阵曲面反射光栅。
图7给出了本发明量子点阵衍射光栅实施例的一种正方形量子点阵曲面反射光栅的横截面示意图。