叉形光栅法产生分数阶涡旋光的实验探究

衍射和光栅是基础光学课程和光学实验的重要内容，在传统光学技术和前沿科学研究中有重要的作用和应用。文章以分数阶涡旋光为研究对象，利用空间光调制器设计了基于叉形光栅的衍射效应产生分数阶涡旋光的实验，编写了分数阶叉形光栅的计算机程序，实验上产生和观测了分数阶涡旋光，分析了分数阶涡旋光的特点和强度分布。通过本实验，学生进一步加深了对衍射和光栅特性的理解，激发了对光学前沿研究和探索的兴趣，拓展了学生的专业知识，提升了对光学研究和光场调控的创新意识。     

基于光学涡旋相移技术的离面位移测量

设计了基于光学涡旋相移技术的离面位移测量实验方案,实现了电子散斑干涉中相移的数字控制.该方法利用输入液晶空间光调制器中的叉形光栅产生涡旋光束,通过涡旋光束绕轴的旋转产生相移;同时,产生的涡旋光束又作为参考光与物光干涉.实验中,在物体发生离面位移前后依次输入四幅叉形光栅,产生相移步长为π/2的涡旋光束,利用CCD获得涡旋光与物光的干涉光场,从而获得离面位移场的包裹相位;再通过解包裹,获得物体离面变形的相位变化.光学涡旋相移法可应用于离面位移测量.     

利用全息法在偶氮聚合物薄膜中记录涡旋光场

利用全息技术在偶氮聚合物薄膜中记录了拓扑荷数q=–1,1,2,4的涡旋光场,并将记录的原始叉形光栅与计算全息光栅进行对比,对不同拓扑荷数涡旋光的记录速率和偶氮材料的可重复擦写性能进行了测试;记录完成后,将复现涡旋光与高斯光束干涉,并与原始涡旋光和原始叉形光栅对比,分析了记录质量.实验结果表明:高阶涡旋光场的全息叉形光栅会在记录过程中发生劈裂,轻微劈裂的涡旋光束仍维持一个稳定的环状结构;全息记录过程中不同拓扑荷数的涡旋光束记录速率较为统一,偶氮材料可经过上百次的擦写而不出现疲劳;再现涡旋光与原始涡旋光在光强分布结构上保持高度一致,再现涡旋光的干涉条纹与原始涡旋全息光栅保持高度一致,涡旋光及其携带的拓扑荷信息可被有效记录和读取.     

纳米银掺杂的高效率全息聚合物分散液晶光栅制备

报道了一种基于掺杂纳米银聚合物分散液晶(PDLC)材料的高衍射率全息电控光栅的制备及特性。通过在原有聚合物分散液晶材料体系中添加适量的纳米银颗粒以制备体全息光栅,实验研究了掺杂不同质量比的纳米银颗粒对全息聚合物分散液晶(H-PDLC)体光栅的衍射效率、驱动阈值电压、响应时间的影响。实验结果表明,通过掺杂纳米银材料,能够优化聚合物和液晶两相分离结构,使聚合物与液晶分离更加彻底,显著提高H-PDLC体光栅的一级衍射效率,同时能改善体光栅的电光特性,缩短响应时间。初步分析表明,由于纳米银颗粒的表面等离子体效应和体系折射率匹配的优化改善了H-PDLC光栅的特性。     

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.     

应变液晶的负压光效应和反式压光效应

介绍聚合物分散液晶和应变液晶概念,给出聚合物分散液晶调光玻璃的"正压光效应"、"负压光效应"和"反式压光效应"三种效应定义.实验制备出负压光效应和反式压光效应新型应变调光玻璃样品,测试样品散射态雾度90%以上,半透明态透光率接近30%.用偏光显微术研究压光效应原理,表明对样品施加垂面按压或拉伸的应力诱导作用会引起液晶微滴中液晶分子具有某些特殊排列方式,导致样品光学性质发生显著变化.建立垂面拉伸液晶微滴模型,计算模拟所绘出的图形与偏光显微镜照片独特花样十分相似,进而合理解释了实验现象.应变液晶压光效应研究具有聚合物分散液晶基础研究意义和开发非电控调光玻璃的实际应用价值.     

聚合物分散液晶光栅的制备实验

把夹预聚物分散液晶的玻璃用菲林掩膜遮盖,在紫外灯下进行弱准直光曝光,使液晶和聚合物产生相分离,形成聚合物分散液晶光栅。并采用偏光显微镜对光栅的形貌进行检测,利用激光笔对光栅的电光特性进行测定,证明衍射效率具有电场可调谐性。实验方法简单易操作,现象明显,在光栅常数较大时可以明显看到衍射效果,对液晶物理专业基础实验的教学具有参考意义。     

基于聚合物分散液晶全息光栅的可调增益均衡器

从理论和实验两方面分析研究了聚合物分散液晶全息光栅在632.8 nm光波的入射下的衍射谱特性和电压可调特性，实验结果与耦合波理论的计算结果具有很好的一致性，从实验上验证了用耦合波理论来描述聚合物分散液晶全息光栅的衍射特性是恰当的.并且提出了利用聚合物分散液晶全息光栅对掺饵光纤放大器增益谱进行平坦化的方法，利用聚合物分散液晶全息光栅的电压可调特性可实现动态增益均衡.运用该方法，可使掺饵光纤放大器在C波段1530~1560 nm内，温度在0℃~65℃范围内变化，掺饵光纤放大器自发辐射谱的不平坦度从3.3 dB降到0.2 dBp－p（峰-峰值）.     

近场拉盖尔-高斯光束传输参数的双缝干涉测量实验

拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian,LG)光束具有轨道角动量,分析近场条件下LG光束通过含光阑光学系统传输的解析公式,对不同阶LG光束通过双缝时双缝间的相位差变化进行了计算。利用计算机生成叉形衍射光栅显示在空间光调制器上,基模高斯光束产生衍射,得到不同阶次LG涡旋光束,通过CCD采集LG空心光束的光斑及双缝干涉后的图样,实现对LG光束传输轨道角动量特性的实验测量。在确定光束束径下,分析了叉形衍射光栅密度、空心光束宽度半径比、双缝宽度等参数对双缝干涉条纹的影响,在距离激光器1m处的SLM上显示4mm×5mm叉形衍射光栅,光栅密度约为16lines/mm,可产生暗斑尺寸在0.5mm~0.9mm之间、宽度半径比为0.2的LG空心光束。LG光束通过双缝宽度0.2mm,双缝间距0.5mm的光栅,可以得到清晰的干涉条纹。研究结果为近场光通信中利用光学涡旋轨道角动量编码信息提供了理论依据。     

表面摩擦处理对全息聚合物分散液晶光栅电光特性的影响

为了提高全息聚合物分散液晶光栅的衍射效率并降低其驱动电压,改善光栅的电光特性,研究了表面平行摩擦取向对全息聚合物分散液晶光栅电光特性的影响.理论分析认为,改善相分离结构和降低液晶微滴之间的有序度差异是优化光栅电光特性的根本所在.由于进行表面取向处理后的液晶和单体之间达到扩散匹配,使得相分离的程度大幅提高,在衍射能力增强的同时驱动电压也实现了大幅下降,而且,表面取向作用也使光栅内的液晶分子均匀排列,降低了液晶微滴之间的有序度差异,从而减少了光栅的散射损失.实验结果表明:进行取向处理后的光栅其衍射效率由传统光 关键词： 全息聚合物分散液晶 衍射效率 驱动电压     

全息液晶/聚合物透射光栅光学各向异性的研究

基于聚合物支撑(polymer scaffolding)形貌的全息液晶/聚合物透射光栅, 系统研究了光栅的光学各向异性. 在这种形貌的光栅内, 液晶不是以液滴的形态存在于富液晶区, 据此建立了相应光栅的简化模型, 然后在各向异性耦合波理论框架下研究了光栅的衍射特性. 详尽的衍射效率实验值和计算值比较, 很好解释了液晶/聚合物光栅的光学各向异性, 也证实了液晶分子大致沿着光栅矢量排列.     

温度对全息聚合物分散液晶光栅形貌及电光特性的影响

采用光敏预聚物、向列相液晶和光引发剂混合物体系,在不同温度条件下制备全息光栅.利用红外光谱、光学显微镜、He-Ne激光器对预聚物和光栅进行测试.实验结果表明,光栅的衍射效率随制备温度的升高先增加后减小.对实验结果进行分析,发现它与光聚合反应体系的特性有很好的对应关系,同时深入探讨了制备温度对光栅形貌及电光特性的影响.     

基于液晶/聚合物光栅的高转化效率有机半导体激光器

采用有机半导体发光材料聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯乙炔]作为增益介质,低官能度光敏单体制备的液晶/聚合物光栅作为外部反馈谐振腔,制备出参数可独立控制的分离式结构的有机半导体激光器.液晶/聚合物光栅中液晶分子的取向影响光栅折射率调制量,从而影响光栅的反馈能力,最终影响激光器出射激光的性能.通过研究发现决定液晶分子取向的主要有两种与光栅周期有关的作用力,利用这一原理制备不同周期的光栅,光栅周期小于450 nm时,相分离出的液晶分子取向由光栅矢量方向变为光栅沟槽方向,此时光栅的折射率调制量增加,光反馈能力增强.采用周期为395 nm的液晶/聚合物光栅制备二级布拉格散射的有机半导体激光器,相较于大周期光栅(593 nm)制备的激光器,激光阈值由0.70μJ/pulse降低至0.18μJ/pulse,转化效率由2.5%提高到6.4%,且出射激光垂直于基板表面发射,有利于后续的处理及应用.     

劳埃德式紫外激光干涉光刻实验

搭建了劳埃德式紫外激光干涉光刻系统,利用劳埃德镜产生双光束分波阵面干涉,通过精确调整、控制光束的入射角,设计了曝光图样.基础实验部分可以完成一维光栅制备,分析光栅周期与波长、入射角的关系;在拓展实验中,制备设计部分可以完成二维点阵或准晶结构制备,前沿拓展部分可以制备表面等离极化激元微腔.基于劳埃德式激光干涉光刻实验操作便捷、展示度高,同时涵盖光干涉原理的介绍和光路调整、样品制备和表征等实验内容,有助于学生掌握激光干涉光刻的实验技能.     

利用柱透镜调控涡旋光束的拓扑结构

提出了一种利用柱透镜调控涡旋光束拓扑结构的方法.利用计算全息法制作的叉形光栅掩模板,实验获得了具有不同拓扑荷的涡旋光束,分析了涡旋光束通过柱透镜变换后的强度和相位分布.结果表明,涡旋光束经柱透镜变换后,其拓扑荷符号将发生改变,并且高阶涡旋光束退化为多个分离的一阶涡旋光束.利用高阶激光模式的线性叠加特性以及古依相移对实验结果进行了理论解释,并通过数值模拟对实验结果进行了验证.     

新型聚合物分散液晶相位光栅的制备

把具有光敏特性的预聚物与向列相液晶按一定比例混合 ,注入表面经过取向处理的液晶盒中。以紫外灯为光源 ,通过光掩膜法 ,使混合物在光场的引发下发生相分离 ,形成液晶 /聚合物相位光栅。由于相分离后液晶在取向膜的作用下沿液晶盒面方向旋转 180° ,克服了传统液晶光栅器件对入射光偏振方向的依赖 ,提高了光的有效利用率。采用光学显微镜和He Ne激光器进行测试 ,结果表明所制样品具有较好的栅结构 ,其衍射效率不受入射光偏振方向的影响且具有电场可调性。该光栅制作方法简便 ,驱动电压低 ,在光通信器件、衍射光学、投影显示、光开关等领域有广泛的应用前景     

聚合物分散液晶的制备及拉曼光谱分析

用溶致相分离的方法制备了以PMMA为基体的四种不同配比的聚合物分散液晶(PDLC),四氢呋喃为引发剂,并且通过傅立叶拉曼光谱仪对其进行检测,分析其光谱,观察各单体混合前后性质的变化,鉴别聚合物分散液晶的物质构成。此外,在指定的组分前提下,根据液晶最强峰与PMMA特征峰的相对强度拟合曲线得出PDLC中液晶与PMMA的质量百分比,为下一步研究聚合物分散液晶系统的光折变特性提供指导。     

基于透射式液晶/聚合物光栅的分布反馈式激光器的研究

本文研究了染料掺杂透射式液晶/聚合物光栅的制备以及基于透射式液晶/聚合物光栅的分布反馈式激光器的激光特性.实验选取DCM作为激光染料,制备了周期为586 nm的掺杂DCM的透射式液晶/聚合物光栅;使用532 nm输出的Nd ∶YAG倍频脉冲激光器作为抽运光源对染料掺杂液晶/聚合物光栅进行侧面抽运,得到了中心波长为603 nm的窄线宽、低阈值激光输出.激光线宽为1.4 nm、阈值能量约为17.3 μJ,与之前国外的报道相比,阈值能量有了很大幅度的降低. 关键词： 液晶/聚合物光栅 分布反馈式激光器 阈值 线宽     

光诱导液晶中偶氮聚合物形成相光栅的研究

报道了一种新型偶氮聚合物掺杂液晶的复合体系.该体系中的偶氮聚合物在光诱导下发生顺反式异构形成与液晶分离的相光栅.通过建立多指数模型研究该相光栅在He-Ne光的辐照下折射率的变化情况,并且通过对聚合物掺杂液晶的样品加上连续变化的电压来研究其对电场的响应过程.同时研究了聚合物的单体掺杂液晶后随光场和电场的变化情况.结果表明,光诱导下聚合物掺杂液晶的样品折射率改变值经45s达到饱和,弛豫时间为10min;单体掺杂时,饱和时间与弛豫时间分别为0.17s和0.9s.外加电场在1.0V、1.4V、2.6V和4.0V时光栅的衍射效率会突然下降,而单体在变化的外电场下衍射无明显变化.