一次曝光法制备二维电调谐聚合物液晶光栅

采用四光束一次曝光法制备了二维电调谐聚合物分散液晶光栅,实验表明该方法制备的二维光栅具有非常好的电光特性,其衍射图样为空间点阵且衍射效率可以通过电场进行调节|偏光显微镜和原子力显微镜表明光栅中的液晶和聚合物在二维空间上呈周期性分布.同时利用二维衍射模型对二维光栅的电光特性进行了理论模拟,得到理论模拟的结果与实验结果相吻合.     

一次曝光法制备二维电调谐聚合物液晶光栅

采用四光束一次曝光法制备了二维电调谐聚合物分散液晶光栅,实验表明该方法制备的二维光栅具有非常好的电光特性,其衍射图样为空间点阵且衍射效率可以通过电场进行调节;偏光显微镜和原子力显微镜表明光栅中的液晶和聚合物在二维空间上呈周期性分布.同时利用二维衍射模型对二维光栅的电光特性进行了理论模拟,得到理论模拟的结果与实验结果相吻合.     

刻线误差与面型误差对平面光栅光谱性能影响的二维快速傅里叶变换分析方法

光栅刻线误差与基底面型误差影响平面光栅衍射波前、分辨本领、鬼线、卫线及杂散光等光谱性能,研究光栅性能指标与光栅刻线误差及基底加工误差之间的因果关系,对提高光栅质量极为重要。根据光栅衍射中产生的源于刻线误差与面型误差的光程差,推导出了在光栅锥面衍射情况下的光栅刻线误差、基底面型误差、入射角θ、衍射级次m与衍射波前关系的数学表达式,得到构建非理想光栅衍射波前的理论模型。以理论模型为依据,采用干涉仪测量光栅对称级次衍射波前,实现在测量结果中对光栅刻线误差与基底面型误差的分离,并基于二维快速傅里叶变换分析光栅衍射波前,考察了刻线误差与面型误差对光栅性能指标的影响。借助此方法通过重构的光栅衍射波前,分析光栅分辨本领、鬼线等光谱性能,还可以反演光栅全表面刻线误差与面型误差的大小,为光栅基底加工、光栅制造和使用技术提供理论依据。     

超声光栅与平面透射光栅衍射图样的比较研究

分析了超声光栅的形成机理,给出了超声光栅衍射图样光强分布的解析表示,通过理论分析和数值模拟对超声光栅与平面透射光栅的衍射图样进行了比较研究.结果表明其衍射主极大满足类似的光栅方程,但衍射条纹的强度分布不同;都能产生缺级现象,但规律不同;超声光栅是一种动态光栅,各级衍射谱线的频率不同.     

变栅距光栅的衍射实验仿真

依据多缝夫琅禾费衍射的基本原理,对一种平面变栅距光栅的光强分布作出了理论分析,导出了光强分布公式。用Matlab软件对变栅距光栅的衍射进行了模拟仿真研究,通过改变栅距变化系数和起始栅距的值,得出了在不同条件下的衍射谱线特征。该计算结果和研究方法在实际的变栅距光栅应用中具有参考价值,为变栅距光栅参数的设计和优化提供了理论依据。     

90°顶角中阶梯光栅的研制

结合单晶硅各向异性腐蚀和倾斜光刻技术,在14°斜切(110)单晶硅片上成功制作出90°顶角的中阶梯光栅。在1500~1600nm波段对其进行了闪耀级次衍射效率测量,测量结果的趋势与C方法计算结果基本吻合,其中在1500~1550nm波段光栅表现出良好的闪耀特性,效率为理论值的52%~75%,峰值约为58%。讨论并计算了制作工艺中的槽深误差对光栅闪耀级次衍射效率的影响。结果表明,在1500~1550nm波段,考虑槽深误差计算所得的理论闪耀级次衍射效率约为完美槽形计算效率的77%~85%。     

利用光电检测技术分析光栅衍射

本文利用光电检测技术对光盘光栅的衍射特性进行研究.实现了对分光范围、衍射光强分布、衍射叠级、自由光谱范围、衍射角与衍射光波长的线性度、角分辨率和光栅常数等光栅参数的观测和计算.该实验结果与衍射理论结果一致.该方法在一定程度上弥补传统光栅实验的不足,有利于增进本科生对大学光学中衍射光栅的认识.     

部分偏振部分相干光光栅衍射场的偏振特性和角相关研究

为了研究部分偏振部分相干光光栅衍射场的衍射特性.利用部分偏振部分相干光的光束相干-偏振(BCP)矩阵,推导出了部分偏振部分相干光通过任意偏振光栅后,衍射场的偏振度及场中衍射级次角相关的一般解析表达式.以部分偏振的高斯-谢尔模型光束(PGSM)为例,数值分析了偏振光栅TE和TM波的复振幅透过率、入射光束的光学参量对衍射场偏振度和场中各衍射级次的角相关的影响.计算结果表明,部分相干光透过偏振光栅后的其衍射光场是一非均匀、周期变化的部分偏振相干光场;场中对称级次的角相干值对应相等,且随衍射级次序数的增大而缓慢递减至零.     

等腰闪耀光栅的相位补偿设计

设计了一种新型同面相位补偿型等腰闪耀光栅。等腰设计保证了正负衍射级对称分布在光栅法线两侧;通过优化设计同面相位补偿槽的大小,可使衍射能量向中间级次转移,只保留两个衍射极大值方向,抑制0级和高衍射级能量分布,避免能量的浪费．而且降低了高衍射级次光线因刻线阻挡导致的散射噪声,解决了加工对准与多次衍射的难题。通过理论建模和计算机仿真．分析了与反面相位补偿等腰闪耀光栅的差异,绘制了典型的衍射光强分布图。另外,还探讨了这种新型等腰闪耀光栅的灰度掩模二元光学加工方法。     

二维光栅频谱分析及在精密测量中的应用

根据傅里叶光学的相关理论对二维衍射光栅的频谱特性进行了分析,并对分析结果进行了模拟和实验验证；基于衍射光栅应用于微位移的理论,提出利用二维衍射光栅作为测量的基准元件,组成单个光源和单二维衍射光栅的二维平面微位移精密测量系统,并根据实验测量结果验证了这是一种具有纳米准确度的可行测量方法.     

High efficiency terahertz diffraction grating with trapezoidal elements

A newly designed grating used in terahertz region is proposed, which is composed of the trapezoidal elements repeated successively along one dimension of the substrate, and uniform interval(the grating period) repeated along the other dimension. The transmission of the grating owns a designable trapezoidal profile dependent on the geometric dimensions of the element. The far-field diffraction patterns of a designed grating at incident broadband terahertz frequencies, with element dimensions of upper, lower side and period of 50, 250, and 300 μm, respectively, are simulated by the scalar diffraction theory. The simulation results indicate that the terahertz grating exhibits a property of single-order diffraction,and the diffraction efficiency of the first order reaches 6.6%, exceeding that of a traditional sinusoidal amplitude grating with identical period and duty cycle. Owing to the regular architecture and the high single-order diffraction efficiency, the grating is easy to fabricate and shows great potential applications in single-shot spectral measurements of weak broadband terahertz pulse.     

拼接光栅缝隙对激光脉冲光强分布的影响

以拼接光栅作为色散元件的激光脉冲压缩器中,要求脉冲压缩光栅表面光强分布均匀、能量输出效率高。利用菲涅耳-基尔霍夫衍射原理对脉冲压缩光栅表面光强和远场光强分布进行了研究。计算了拼接光栅缝隙宽度对光栅表面光强变化量和远场光强极大值的影响。在利特罗角附近入射时发现激光脉冲光强分布与拼接光栅缝隙宽度相关,得出了光栅拼接缝隙宽度应控制在0.5 mm以内。适当提高缝隙衍射效率能够改善光强分布均匀性和提高光能量输出,提出了对拼接缝隙采用两次重复曝光以提高其衍射效率的方法。     

一种新型透射式自聚焦光栅的设计及理论研究

结合普通透射光栅的分光特性和菲涅耳波带片的聚焦特性,提出一种应用于软X射线波段的新型透射式自聚焦光栅。根据菲涅耳衍射理论,对其衍射特性进行理论推导,证明该新型光栅存在一个与光栅平面垂直的焦平面,不同波长的光波聚焦于该焦平面的不同位置。在焦平面上,焦点位置随光子能量的变化是线性的,即能实现光子能量的线性测量。通过解析推导,得到在沿着焦平面和垂直于焦平面两个方向上光斑的展宽模式,发现该新型光栅在沿着焦平面的光斑展宽模式不同于普通光栅。根据基尔霍夫衍射公式,设置实用化参数,对其衍射模式进行了详细的数值模拟研究,并讨论了相应的测谱范围和谱分辨率。     

Analysis on diffraction properties of the transmission phase grating

Diffraction properties of the transmission phase grating are analyzed in terms of the Fourier optics theory. The analysis results show that the diffraction intensity distribution of the transmission phase grating is closely related to the optical thickness of the grating and the wavelength of the incident light, and not only determined by the grating's period and slit width. For monochromatic incident light, more than 80% of the diffraction energy will concentrate to the first diffraction order under certain conditions. For white incident light, the energy of the first order of diffraction spectrum may be much higher than other orders. Based on these results, some possible applications of the transmission phase grating are discussed.     

等腰闪耀光栅及其在非对称双光栅位移测量中的应用研究

本文简述了非对称双光栅位移测量的原理和特点,针对其中存在的一些问题,设计了一种新型透射式位相光栅———等腰闪耀光栅。文中导出了等腰闪耀光栅在垂直入射时的光栅方程和衍射光强分布公式,并通过计算机仿真,得到了衍射光强的分布图。最后探讨了等腰闪耀光栅在非对称双光栅位移测量中的应用     

大面积拼接光栅的远场衍射分析

针对大面积光栅制作过程易出现的拼接偏差问题,基于标量衍射理论推导拼接光栅远场衍射的光强分布,计算分析几种常见拼接误差对拼接光栅性能的影响,以确定光栅拼接过程的误差容限.研究表明:拼接光栅的远场衍射光场随纵向和横向平移误差的变化呈周期性,且这两种平移误差带来的影响可相互补偿;而拼接光栅的旋转误差对远场衍射光场分布的影响较严重,当旋转误差增大到9.5875×10－5度时,衍射光场的峰值光强降为0.9,且两光栅各自峰值出现的方向成9.5875×10－5度.     

The compensability between the longitudinal and transverse mismachining tolerance of grating in the optical pick-up head

In this paper numeric analysis is made to the influence of the longitudinal mismachining tolerance (LMT)and the transverse mismachining tolerance (TMT) of the grating in the optical pick-up head (GOPH) of VCD, DVD, and CD-ROM on the transmissivity and the intensity ratio of the auxiliary light beam to the main read-write light beam (IRAM) by using the general expression of diffraction efficiency obtained from the scalar diffraction theory. On solving GOPH problem, the scalar diffraction theory and the vector diffraction theory are coincident, and the scalar diffraction theory is reliable. The result shows that LMT and TMT can compensate for the inverse effect of IRAM, however, at the expense of reducing transmissivity. As far as GOPH is concerned, the goodness that LMT and TMT can be effectively compensated for is very advantageous in manufacturing of the grating.     

双曲柱面透射光栅衍射的数值分析

建立了双曲柱面透射光栅的数学模型。由光程的定义导出平行光通过单个双曲柱面的复振幅透过率。用傅里叶光学方法得出双曲柱面透射光栅在频谱面上的光强分布表达式。使用MATLAB软件模拟出其衍射光强随双曲线半实轴变化的分布规律,得出的衍射花样与理论分析一致。最后从理论上指出双曲柱面透射光栅在光学领域的应用。