超短脉冲激光光束在一维反射型体全息光栅中的衍射

基于Kogelnik的耦合波理论,研究了在色散效应的影响下,超短脉冲激光光束在反射型体全息光栅中衍射的性质.研究给出了衍射光及透射光在频谱域及时间域的振幅及强度分布、光栅的光谱宽度及衍射效率随光栅参量及入射条件的变化.数值研究的结果表明,在光栅记录介质色散效应的影响下,衍射光束的光谱宽度减小,脉冲展宽,衍射效率降低.通过适当的选取光栅参量及入射条件,可以控制衍射和透射光束的频谱和时间强度分布,得到满意的衍射和透射光束的带宽和波形,从而可以将其应用于脉冲整形等技术中.     

超短脉冲激光光束被局域体全息光栅衍射的性质分析

利用二维耦合波理论,分析了超短脉冲激光光束被完全重叠型的局域体全息光栅衍射的时空变化性质,给出了衍射和透射脉冲激光光束沿光栅出射边界的强度时空分布。以LiNbO3晶体为例,数值研究了衍射光脉冲强度沿光栅出射边界的分布和脉冲波形的变化及光栅的总衍射效率受光栅二维尺寸、入射角度、光栅折射率调制度及入射脉冲的脉冲时域半峰全宽等条件的影响而变化的情况。与一维体全息光栅对超短脉冲激光光束衍射的性质,及此光栅对连续光衍射的性质作比较,给出了合理选择光栅参量及入射条件以在光栅出射边界上得到总衍射效率较大且分布较均匀的衍射光脉冲的方法。     

反射型体全息光栅对超短脉冲激光光束衍射的性质

在光栅记录介质色散效应的影响下,拓展Kogelnik的耦合波理论研究了反射型体全息光栅对偏振方向垂直和平行于入射面的超短脉冲激光光束衍射的性质。结果表明对于记录在LiNbO3光折变晶体中的体全息光栅,在色散效应、光栅参量和入射条件的共同影响下,光栅对偏振方向垂直于入射面的超短脉冲激光光束衍射的光谱带宽大于对偏振方向平行于入射面的超短脉冲激光光束衍射的光谱带宽,在不考虑光栅介质色散效应的影响时,它们都变大。进一步给出了衍射光的光谱带宽及光栅的衍射效率随入射脉冲的光谱带宽与光栅的光谱带宽比值的变化情况。     

透射型光折变体全息光栅对超短脉冲激光光束衍射的特性

在Kogelnik耦合波理论的基础上,考虑光栅记录介质的色散效应的影响,研究了光折变体全息光栅对不同偏振状态的超短脉冲激光光束衍射的性质,讨论了高斯型入射脉冲激光光束的谱宽与光栅的有效衍射谱宽之比不同时,衍射和透射光束的光谱宽度、时间宽度、波形和衍射效率的变化。结果表明,光栅的有效衍射谱宽受光栅参量及入射条件的影响,对衍射性质的影响很大,且在考虑光栅记录介质的色散效应时减小。当入射脉冲的偏振方向垂直于入射面时,光栅的有效衍射谱宽大于偏振方向平行于入射面的情形,衍射效率在入射脉冲宽度较大时小于偏振方向平行于入射面的情形;谱宽比较大时,衍射光束的时间分布曲线产生展宽和变形,且比偏振方向平行于入射面的情形展宽和变形得更加明显。     

光轴方向任意时光折变晶体中体全息光栅的衍射性质

利用坐标旋转方法和Kogelnik耦合波理论,建立了光轴方向任意时单轴晶体中体光栅布拉格衍射的耦合波方程,分析了Li NbO3晶体的光轴方向对光折变体全息光栅的各向同性和各向异性布拉格衍射性质的影响。模拟计算表明,在给定光栅的结构参量时,通过适当选择光轴方向角可以使得光折变体光栅的各向同性和各向异性布拉格衍射的衍射效率达到最大,给出了相应类型的衍射效率取得最大值时晶体光轴的大致方向。这些理论分析为光折变体全息光学器件的优化设计和进一步广泛应用提供了很好的理论参考依据。     

双掺杂LiNbO3微观光学参量对衍射效率的影响

通过联立两中心带输运物质方程和双光束耦合波方程,建立了双掺杂LiNbO3晶体采用双色光(紫外敏化光和HeiNe记录光)实现非挥发性全息存储的动力学模型。理论上分析了深、浅两杂质中心的微观光学参量(包括敏化光的深中心和浅中心光激发系数、记录光的浅中心光激发系数以及深中心和浅中心的电子复合系数)对记录饱和衍射效率和固定衍射效率的影响。数值计算表明,在双掺杂LiNbO3晶体的非挥发性全息存储中,为了得到高的固定衍射效率,应该选择复合系数较大、记录光激发系数较高、敏化光激发系数较低的浅杂质中心以及敏化光激发系数较高、复合系数最佳的深杂质中心。     

高斯光束在单轴晶体中的布拉格衍射特性

利用适当的坐标变换和黎曼方法建立了高斯光束在单轴晶体中布拉格衍射的严格的耦合波理论 ,获得了一组严格的耦合波方程和衍射效率计算公式 ,讨论了衍射效率随折射率调制量的关系以及波长选择性和角度选择性 ,同时分析了衍射效率对再现光宽度的要求。模拟计算表明 ,异常光与异常光 (ee)型布拉格衍射能够达到的最大衍射效率由记录时入射角决定 ,而且通过各参量的适当的选择 ,理论上ee型布拉格衍射能够在折射率调制量很低(如 8.2× 10 -5)的情况下获得接近 90 %的衍射效率。该理论模型为如何在较低折射率调制量下获得较高衍射效率提供了理论指导     

体全息光栅透镜的设计和应用

设计了一种新型的体全息光栅透镜, 在一块光学平板（体全息记录材料）内可以将输入光束产生横向传输并聚焦, 或对输入光点产生横传的准直. 它由一束平面波和一束球面波正交入射到光学平板上干涉形成的. 研究了该体全息透镜的光栅间距变化情况, 为设计和制备体全息光栅透镜及相关器件提供了理论依据. 基于两光束耦合波理论, 得到了该光栅透镜的耦合波方程, 近似计算了该透镜的衍射效率及其达到高衍射效率时透镜的最佳尺寸. 最后, 讨论了该透镜在集成光学等领域中的应用.     

飞秒脉冲通过多层体光栅后的衍射光强分布

基于单层体光栅的耦合波理论和矩阵光学知识,推导出飞秒脉冲通过多层体光栅衍射后的耦合波方程,并由此得到衍射光强谱和瞬时衍射效率表达式.研究结果发现衍射光强谱和瞬时衍射光强分布是与多层体光栅的结构参量,如中间填充层厚度、光栅层厚度、光栅常量及体光栅材料的折射率调制度有关系的.通过调节这些参量,获得了不同形状和不同宽度的衍射脉冲.该结果可用于设计基于多层体光栅的光通信和光脉冲整形器件.     

光学全息方法实现2＊2自由空间交叉光互连

采用光学全息的方法制备互连元件（布喇格衍射型体积相位光栅）。当光束垂直入射该光栅时,只有0级透射光和＋1级衍射光,可以较容易地得到直连、交叉光束,实现2＊2交叉互连。     

Efficient multiple-beam Bragg acoustooptic diffraction with phase optimization of a multifrequency acoustic wave

The subject of investigation is the formation of a highly efficient multiple-beam diffraction field resulting from acoustooptic diffraction by a periodically modulated acoustic wave and acoustic signal composed of a set of independently generated equidistant frequency components. Conditions for minimization of optical losses associated with higher diffraction orders are analyzed. A highly efficient multiple-beam diffraction field is formed by optimizing the phases and amplitudes of signal independent components. A technique of acoustooptic measurements at a high laser radiation intensity is developed, and the basics of the theory are verified experimentally. An attempt to split the power of a laser beam propagating through an optical fiber into seven channels of equal intensities is realized with a net efficiency of 80%.     

Highly effective acoustooptic diffraction of light by multifrequency sound using a nonaxial deflector

The subject of investigation is multiple-beam Bragg diffraction of light, i.e., the formation of a highly effective multiple-beam field representing a superposition of equidistant monochromatic acoustic waves with determinate phases and amplitudes using a nonaxial TeO₂ deflector. It is shown theoretically and experimentally that the anisotropic character of interaction considerably changes the basic parameters of multiple-beam diffraction (compared with the isotropic case): the net diffraction efficiency grows to 100%, and the frequency band expands noticeably. A modulator splitting the initial laser radiation into five beams of equal intensity with a net efficiency approaching 100% is designed.     

亚波长介质光栅的闪耀特性分析

采用严格耦合波理论与矩阵LU分解法,求解了亚波长矩形介质光栅的衍射场,给出了TE和TM偏振波的耦合波方程组及其矩阵形式.通过数值计算分析了TE和TM偏振波的入射角、刻槽深度、入射波长等参量对＋1级衍射波衍射效率的影响.结果表明,当Λ=0.5λ0,θ=55°,d=0.38λ0,λ=10.6 μm时可以实现对TE偏振波＋1级的闪耀,衍射效率达到近90%,同时具有较宽广的角度适应范围.     

声电光效应的耦合波方程理论

将声光效应与电光效应的耦合波方程相结合，统一为声电光效应的耦合波方程，并对之进行求解，给出声电光效应的衍射效率公式。     

Mehrstrahlinterferenz und Eigenwellen im Parallelspiegel-Interferometer

Experiments with a Fabry Perot interferometer for microwaves (λ=3,2 cm) at oblique incidence show the importance of oscillation modes (well known from laser research) for the formation of multiple-beam interferences. A general formula is derived describing diffraction and multiple-beam interference in an interferometer with parallel mirrors of finite diameter. The formula is in quantitative agreement with the experimental results and includes as special cases the Fraunhofer diffraction at a slit and also the conventional multiple-beam interference (Fabry Perot rings).     

Two-level model of recording and reading of holographic gratings in photorefractive crystals: nonstationary case

A two-level model of recording and readout of holographic gratings in photorefractive crystals proposed by Rustamov has been developed for the nonstationary case. Based on the joint solution of kinetic equations and Maxwell's equations in the quasistationary approximation, a system of coupled partial differential equations for slowly varying optical wave amplitudes has been obtained. The use of a truncated power series expansion has allowed an expression to be obtained for diffraction efficiency in the nonstationary case. The dynamics of diffraction efficiency development is in satisfactory agreement with the available experimental data.     

亚波长光栅的偏振闪耀特性

 使用琼斯矩阵的方法推导了连续结构亚波长光栅的衍射方程,给出了光栅衍射效率表达式,对偏振特性与衍射特性进行了研究。发现连续结构亚波长光栅仅存在３个衍射级,总衍射效率为100%,且衍射效率可在衍射级间任意分配,0级的偏振态与入射光的偏振态相同,±1级衍射光偏振态与入射光无关,－1级为左旋圆偏振光,＋1级为右旋圆偏振光。通过设置入射光偏振态与光栅相位延迟等参数,可使光栅具有闪耀特性,据此可用于设计高效偏振光分束器和偏振光开关。     

Beam Polarization Dependence of Diffraction Efficiency in Photorefractive LiNbO_3 Crystal

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｉｎｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｃｒｙｓｔａｌ,ｍａｎｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ,ｓｕｃｈａｓｉｍａｇｅａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｉｍａｇｅｓｔｏｒａｇｅ ,ｎｅｅｄｔｏｕｓｅｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｈｉｇｈｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ .Ｓｏｍｅａｕｔｈｏｒｓ[1] ｈａｖｅｒｅｆｅｒｒｅｄｔｈａｔｈｉｇｈｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｎｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅＬｉＮｂＯ3ｃｒｙｓｔａｌｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｗｒｉｔｉｎｇ…     

SiO2波导布拉格器件中声表面波及声光相互作用分析

针对SiO2光波导声光布拉格器件,计算了SiO2非对称平板波导TE模式的横向场分布;给出了SiO2/ZnO/Air层状介质结构的性能方程、运动方程和麦克斯韦方程,推导出这种层状结构的特征方程,并结合所满足的边界条件,得到了各层介质的位移及电磁场分布;计算了声表面波所引起的光学相对介质隔离率张量的变化,最后讨论了声光衍射效率和光场与声场的重叠积分、声功率、声频率、声孔径和光波导参数之间的关系。结果表明,在低频范围内光场与声表面波场重叠良好;低阶模的重叠积分始终大于高阶模重叠积分,最低阶模与声表面波相互作用最强,所需声功率最小;当声功率一定时,增加声孔径可以提高衍射效率。