模式耦合理论在圆周对称长周期光纤光栅建模中的应用

长周期光纤光栅是不同于光纤Bragg光栅的一种光纤光栅器件 ,根据模式耦合理论 ,长周期光纤光栅表现为前向传播的纤芯导模和同向的各阶次包层模式之间的耦合。分析研究了长周期光纤光栅轴向的模场变化。忽略轴向的模式耦合以及包层模式之间的相互耦合作用 ,并认为折射率指数的调制只存在于纤芯中 ,建立了简化的长周期光纤光栅数学模型。对圆周对称轴向均匀型长周期光纤光栅谱特性进行了仿真 ,其结果与实验结果基本吻合 ,表明了简化的数学模型的合理性     

数字微镜器件的相位调制性质

为了提高数字微镜器件(DMD)的空间光调制性能,发挥其在光信息处理中的作用,研究了的数字微镜器件相位调制性质。通过分析数字微镜器件的微观物理结构,考察了数字微镜器件的光栅特性;从计算的角度研究了其对相干光波的相位调制,并给出数学描述和实验结果。重点研究了数字微镜器件的衍射光栅特性,分析了其工作原理及微镜偏转导致的镜片空间相对位置的改变,利用闪耀光栅理论计算了偏转微镜间的相位差,得出了数字微镜器件光栅的闪耀规律,实现了闪耀状态。提出了利用不同方向的微镜列状态研究数字微镜器件相位调制性质的方法,推导和模拟了关于数字微镜器件的微结构和工作原理,在数字微镜器件光调制研究方面提供了一些结果,对数字微镜器件在信息光学中的更广泛应用有一定意义。     

多层光纤布拉格光栅的理论与实验研究

从理论和实验两方面研究了在非周期性多层光纤上写入布拉格光栅的光学特性。从耦合模理论出发,讨论了光纤具有多于一个光敏层的情况。在实验室自制的两类多层光纤上写入光栅的实验也表明,该类光栅具备有一般光栅的普遍光学特性,说明在使用多层光纤作为关键部分构建器件时,需要的各类光栅部件能够通过直接在该类光纤上写入光栅实现。紫外光在氢载掺铒多层光纤上写入光栅的实验说明分层的异种元素掺杂将导致芯区应力增加,从而辅助提高光纤的光敏性。     

长周期光纤光栅和双锥形光纤间的倏逝波耦合作用

对长周期光纤光栅和双锥形光纤之间的倏逝波耦合作用进行了研究。理论分析和实验研究表明,由于锥形光纤和长周期光纤光栅物理边界外倏逝波之间的交叠,长周期光纤光栅产生的包层模,可以耦合到锥形光纤的包层模并从锥形光纤的纤芯输出。要获得高的耦合效率,应满足模式匹配的条件,同时要尽量减小两光纤之间的距离。耦合特性还与长周期光栅和双锥形光纤的相对位置有关,为获得高的耦合效率,耦合区应位于长周期光栅区的后面。这种倏逝波耦合作用,为监测实际应用系统中长周期光纤光栅的特性提供了一种新方法;为利用锥形光纤和长周期光纤光栅开发新型光纤器件,提供了一种可能的方案。     

重要的无源器件光纤光栅

 光纤光栅在调Q、锁模、单频、多波长等各种光纤激光器中有重要的应用价值。光栅的物理原理是光纤的光敏性,即光致折变效应。利用光纤在紫外光照射下产生的光致折变效应,在纤芯上形成周期性的折射率调制分布,从而对入射光波中相位匹配的频率产生相干反射．可以在典型的0．1到几十纳米的带宽(Δλ)内产生反射,反射率可以达到100％。光纤光栅的这一重要的波长选择特性使之成为光纤器件中一种最重要的无源器件,受到普遍关注。光纤光栅由最简单和最基本的均匀周期光纤布喇格光栅,发展到多种不同结构、不同特点的光纤光栅。     

光子晶体光纤布拉格光栅传输谱特性的分析

研究光子晶体光纤中光纤光栅的传输谱特性对于研制基于光子晶体光纤的光纤光栅器件有着重要的意义。结合耦合模理论和光束传输相关函数方法,对一种典型光子晶体光纤中的布拉格光栅(FBG)传输谱进行了理论分析。比较了光子晶体光纤中布拉格光栅与常规布拉格光栅的传输谱。数值分析了光纤截面结构变化对于光栅传输谱的影响,并给出这种影响的定性解释。计算结果显示,与常规光纤光栅相比,包层模共振引起的损耗峰与正反向纤芯模耦合引起的损耗峰可以相比拟,而包层模共振的间隔也比常规光纤中光纤光栅的包层模共振间隔要大。同时给出了晶体光纤截面上空气孔的占空比,空气孔的排布层数对于传输谱影响的规律。     

长周期光纤光栅和双锥形光纤问的倏逝波耦合作用

对长周期光纤光栅和双锥形光纤之间的倏逝波耦合作用进行了研究。理论分析和实验研究表明，由于锥形光纤和长周期光纤光栅物理边界外倏逝波之间的交叠，长周期光纤光栅产生的包层模，可以耦合到锥形光纤的包层模并从锥形光纤的纤芯输出。要获得高的耦合效率，应满足模式匹配的条件，同时要尽量减小两光纤之间的距离。耦合特性还与长周期光栅和双锥形光纤的相对位置有关，为获得高的耦合效率，耦合区应位于长周期光栅区的后面。这种倏逝波耦合作用，为监测实际应用系统中长周期光纤光栅的特性提供了一种新方法；为利用锥形光纤和长周期光纤光栅开发新型光纤器件，提供了一种可能的方案。     

DMD微投影显示的LED光学引擎设计

提出了基于矩形CPC的微投影显示匀光方法,设计了由LED、CPC、矩形复眼透镜及微显示芯片DMD构成的光学引擎。利用基于蒙特卡罗法的光线追迹软件分析了圆形CPC和矩形CPC对微投影显示匀光效果、光能利用率的影响。实验结果表明基于矩形CPC的光学引擎相对于基于圆形CPC的光学引擎有如下优点:体积小,光学扩展量小,照度均匀性高达到92%以上,能量利用率高达到43%以上,满足微显示芯片DMD的要求。     

基于空间光调制器的《信息光学》实验设计与开发

利用空间光调制器设计了几个典型的信息光学实验。针对信息光学中的波前调制、光束调制部分难于理解的问题,利用G-S算法,基于空间光调制器设计了正弦光栅和闪耀光栅二元光学衍射元件。理论分析和实验结果表明,设计的二元衍射光学元件达到了实验要求。这为信息光学课程的实验设计提供了一条新思路。     

基于长周期光纤光栅的磁场传感方案的实现

长周期光纤光栅是近几年出现的一种新型光纤器件。其耦合机理是前向传输的纤芯基模与前向传输的各阶包层模式之间的耦合 ,这与光纤布喇格光栅明显不同。它对温度、应力、弯曲及外部折射率的变化具有相当高的灵敏度 ,是一种理想的光纤型敏感结构。提出利用长周期光纤光栅谐振波长的移动或移动变化量进行磁场强度的测量 ,并进行了理论推导、仿真实验及分析研究。得出了谐振波长变化量与外界磁场强度的关系模型。分析了设计中应该考虑的因素。     

二元位相校正技术在相控列阵光学系统中的应用

提出一种使用二元光学器件实现位相校正的新方法。在子孔径拼接的相控列阵光学系统中，采用二元光学器件二元位相校正板对子孔径拼接后产生的残留波像差进行校正，既达到位相校正技术要求，又大大简化系统结构并减小了系统的尺寸和重量。所制作的二元器件具有８个台阶，套刻精度达到２μｍ，并使残留波像差降为原来的一半。     

四通道激光干涉仪中二元光学分束器的退偏问题

经理论计算，在四通道激光干涉仪中二元光学分束器的退偏问题通常不会影响仪器的测量精度，实验结果支持这个结论。用其取代传统的棱镜或平板玻璃来分束有着明显的优点。但当光栅周期小于波长量级和测量精度达纳米级时，对其退偏问题要给予充分的考虑。     

Research on improving the transverse resolution of binary optical element by digital-division-mask technique

We present the digital-division-mask technique for the first time to solve the problem of decline in transverse resolution, which is caused by using digital micro-mirror device (DMD) to make binary optical elements (BOEs). One high-frequency gray-tone mask can be divided into several low-frequency masks by fixed or variable low-frequency period sampling. And the superimposed lithography effect of these low-frequency masks in the spatial or temporal domain is the same as that of the original high-frequency gray-tone mask. The paper firstly analyzes the digital-division-mask technique in theory and describes the feasibility and advantages. Then taking the diffractive surface fabrication of refractive-diffractive hybrid lens as an example, we conclude that the digital-division-mask technique improves the edge sharpness of lithography pattern, and enhances the diffractive efficiency of BOEs by experiment.     

数字微镜近红外光谱仪光学系统设计与实验

针对传统光谱仪体积大、成本高、检测速度慢、需样品前处理等不足,提出了利用数字微镜面阵(DMD)实现光谱谱面分割分时选通的近红外光谱仪光学系统.首先,对比传统光路介绍单探测器微型光谱仪系统测量原理;然后结合DMD特性提出光路方案,根据几何光学原理进行初步光学元件选型和光路结构设计,利用ZEMAX光学软件对光路进行仿真,确...     

投影系统中DMD衍射效率的研究北大核心CSCD

数字微镜阵列(DMD)作为空间调制元件常用于投影光学系统,入射光为长波红外时产生的衍射效应会影响进入系统的能量分布,该文主要讨论光源入射角度对衍射效应的影响,将DMD作为闪耀光栅模型,研究其在长波红外波段产生的衍射效应。从光程差的角度分析在主、副对角线分别处于“开态”情况下的衍射效应,发现衍射效应与入射角度有关;将DMD作为闪耀光栅模型,采用矢量衍射理论计算7.7μm~9.5μm波段下DMD处于“开态”下的衍射效率。计算结果表明:当TM偏振光以44°角照射时,1级衍射达到闪耀状态,衍射效率可达到70%。     

数字微镜近红外光谱仪光学系统设计与实验

针对传统光谱仪体积大、成本高、检测速度慢、需样品前处理等不足,提出了利用数字微镜面阵（DMD）实现光谱谱面分割分时选通的近红外光谱仪光学系统.首先,对比传统光路介绍单探测器微型光谱仪系统测量原理|然后结合DMD特性提出光路方案,根据几何光学原理进行初步光学元件选型和光路结构设计,利用ZEMAX光学软件对光路进行仿真,确定结构参数|最后,搭建实验平台,进行光路测试.实验结果表明:该系统光路尺寸为70 mm×130 mm,测量波段为（900～1 500 nm）,分辨率可达19 nm|在能量损失较小的情况下,减小狭缝尺寸可提高光学分辨率,狭缝的极限尺寸为200 μm|减小狭缝子午面高度可减小谱面内弯曲现象.本系统基本满足近红外分光,实现单点探测器光谱测量的要求.     

ICF靶面均匀照明二元光学器件的设计与研制

 采用不同的优化算法,设计了ICF均匀照明二元光学器件。提出了全局/局部联合搜索算法(GLUSA),对平面输入波获得了旁瓣小、光强均匀的设计结果。完成了16阶浮雕表面结构的位相板的试制加工,并利用光学CT法测量了焦斑光强分布,实验结果表明获得了较好的光强包络,但顶部均匀性还有待进一步提高。将单元器件扩展为阵列器件,增加了对输入光波畸变的宽容度。     

基于蚁群算法的二元光学优化设计

为了提高二元光学优化的速度,进一步提高衍射效率,提出一种采用蚁群算法直接设计二元衍射光学元件(BOE) 的方法, 构造出了用蚁群算法对具体的二元光学元件——矩形孔径多阶相位调制型光栅优化设计的有向图, 用Matlab对其结果进行仿真,缩短了运行时间,并使元件的衍射效率得到进一步提高。     

Phase-shifting in-line digital holography on a digital micro-mirror device

A digital phase-shifting in-line holographic system based on the single coherence beam is developed. A series of phase-shifting fringes are generated by computer and outputted by a digital micro-mirror device (DMD). These fringes modulate the coherence beam because of the intensity modulation ability of DMD. In this work, the reconstructed conjugate image would not appear because of applying the phase-shifting algorithm. And calibration for the value of the optical phase shift is not necessary. An experiment based on a lens-less digital in-line micro-holographic setup with a phase grating specimen is conducted to demonstrate the validity of the present method.     

二元光学元件和新型超分辨光盘读写头的设计研究

本文采用杨-顾相位恢复算法数值模拟设计了一个用于光盘读写头的二元光学元件,并构思了一种新型超分辨光盘读写头,在现有光盘读写头的激光波长处和数值孔径基础上,利用该二元光学元件实现光学超分辨,从而提高光盘存储容量.