离焦量和非单色光对二元相位光栅泰伯像的影响

利用平面波衍射的角谱理论,分析计算了二元相位光栅衍射光场的空间分布,特别讨论了离焦量和非单色光对泰伯像的影响.随离焦量和带宽的增加,泰伯像的对比度和衍射效率减小,而压缩比增加.计算结果指出,在带宽<1000或离焦量<0.01时,其对比度和衍射效率减小不到10%,仍能成较高质量的泰伯像;当带宽>5000或离焦量>0.1时,成像质量显著下降.用薄膜沉积法制作了二元相位光栅,实验验证了理论结果.这些结果对泰伯成像和阵列照明器的设计有重要的参考价值.     

单轴晶体中垂直光轴方向上的二维泰伯效应

基于单轴晶体光束传输理论,从理论上推导了二维正交周期结构光场沿垂直单轴晶体光轴方向传播产生泰伯效应的公式。给出了泰伯效应的产生条件和常规泰伯距离的表达式,常规泰伯距离的大小决定于单轴晶体寻常光的折射率n_o与非寻常光折射率n_e之比和二维周期结构的x方向周期p_x和y方向周期p_y之比。模拟了二维正弦光栅和二维项链光栅的光场在单轴晶体中因各向异性衍射产生的泰伯效应。两种情况都能在更短的约化泰伯距离处产生与原光栅相同的泰伯像,在半约化泰伯距离产生与原光栅互补的像;在1/4约化泰伯距离和3/4约化泰伯距离产生的泰伯子像强度分布的周期为原光栅的1/2,相位变化的周期与原光栅相同,但是在空间上有半个周期的移动。本研究将泰伯效应拓展到各向异性介质中的传播动力学,加深了人们对周期性光场的传输理论的理解。     

基于Talbot效应的掺镁铌酸锂二维六角位相阵列光栅的研究

本文系统研究了基于泰伯效应(Talbot) 的位相可调掺镁铌酸锂二维六角位相阵列光栅及其光衍射成像, 对光栅占空比D、不同位相差Δφ、及泰伯分数β条件下的光栅近场光衍射强度分布进行了理论研究, 结果表明当光栅占空比D=52%、位相差Δφ=0.75 π、 泰伯分数β=0.2时, 光栅近场衍射光图像效果最佳. 实验设计与 制备了掺镁铌酸锂二维六角位相阵列光栅, 并对其进行了Talbot衍射光成像实验研究, 得到了不同位相差和不同泰伯分数β条件下光栅近场衍射 光图像, 实验结果与理论研究结果相符. 关键词： 二维六角位相阵列光栅 掺镁铌酸锂晶体 泰伯效应     

光纤布拉格光栅及其构成的法布里-珀罗腔的相位谱特性研究

光纤光栅的相位谱对光纤光栅法布里-珀罗(F-P)腔的光谱特性有重要影响.对光纤布拉格光栅(FBG)光谱,特别是FBG相位谱进行了深人分析,推导了低反射率FBG的线性相位谱的一般表达式,提出了高反射率FBG的三段线性相位近似方法,得到了简洁直观的相位谱数学表达式.然后采用和普通F-P腔对比的方式,以等效腔长的概念分析了F...     

基于泰伯效应的高斯光束尺寸测量

光栅用在高斯光束参数测量中的突出优点是方法简单，成本较低，全息光栅由于其制备容易，无周期误差而比一般光栅具有更多的优点。在用光栅进行光斑测量的实验中，观察到由全息光栅引起的泰伯（Ｔａｌｂｏｔ）效应携带有关光斑参数的有用信息，本文提出了一种基于泰伯效应的测量方法，只需测定条纹间隔就能确定高斯光束尺寸，因此降低了对光源或光栅定位精度，电路和光源稳定性的要求，文中聚焦高斯光束照明全息光栅时光场分布，及其     

二维激光阵列逆达曼光栅相干合束理论研究

采用逆达曼光栅及相位补偿原理将多束锁相相干的阵列激光合成为远场单一主瓣光束是一种实现高功率和高亮度相干合束的技术方案.以5×5和32×32二维相干激光阵列为例进行了理论模拟分析,同时分析了逆达曼光栅相干合束实验中相位板相位误差、逆达曼光栅对准误差和放置角度误差对合束效率的影响.理论分析及数值模拟计算结果表明,逆达曼光栅...     

激光损伤阈值单脉冲激光测量方法

利用二元相位光栅的特点，设计一个具有特定相位分布的相位光栅，在单色波的照明下，使某些特定位置的菲涅耳像变成一个振幅光栅即光斑阵列。如果该光斑阵列的光强按照一定关系分布，将阵列光斑作用于实验样品上，能确定出各个光斑对应的损伤，就能从一次激光脉冲辐照中得出样品损伤阈值。激光光束为高斯光束，入射高斯光束通过二元相位光栅分解成类高斯分布的点阵并对样品进行辐照，研究衍射点阵中各点的一阶峰值能量密度分布和样品的损伤情况，可以单脉冲激光确定光学薄膜的损伤阈值。     

二维阵列光场衍射自成像效应的倒格矢分析

基于衍射的角谱理论,分析了一般二维周期阵列光场的衍射特性.提出了一种用阵列光场的倒格矢来研究和描述衍射自成像（或泰伯效应）的方法.给出了用倒格矢表示的一般衍射自成像条件.在此基础上,对典型的非正交六方型二维周期阵列光场的泰伯效应和分数泰伯效应进行了定量分析和计算机模拟.     

微分相衬成像阵列光源

通过对用于微分相衬成像吸收光栅效率及光源空间相干性分析,提出一种新型阵列光源替代现有普通光源加吸收光栅模式.根据相位光栅自成像强度分布及吸收光栅效率对干涉成像对比度的影响分析,吸收光栅厚度一般应大于100 μm,而目前微加工工艺难以完成所要求的吸收光栅结构.结合光源亮度及成像对比度分析,给出阵列优化结构,并制作该光源,...     

大气湍流对多抖动法相干合成技术中相位调制信号的影响

分析了大气湍流对采用多抖动法实现的相干合成阵列光束中相位调制信号的影响. 文章首先根据广义惠更斯-菲涅耳原理,采用折射率结构函数对大气湍流进行描述,推导了多抖动法相干合成中阵列光束通过大气湍流后相位调制信号的一般表达式. 在此基础上进行数值模拟,分析了传输距离、湍流强度、光束阵列占空比和光斑尺寸等因素对相位调制信号的影响. 研究发现随着传输距离的增大,相位调制信号强度会先增大后减小,存在一个极大值点;随着湍流强度的增强,相位调制信号强度极大值点的出现距离不断缩短;当光束阵列占空比一定时,随着光斑尺寸的增大 关键词： 大气湍流 相干合成 多抖动法 相位调制     

分析光栅分数塔尔博特效应的一组新方程

对一维开口比为1/M(这里M为大于1的正整数)的短形光栅,建立了一组新 在分数塔尔博特(Talbot)距离上计算其菲涅 法射光场分布的简单方程.在该方程中考虑了光栅结构与分数塔尔博特距离的联系,显然比迭代方程和基于距离的方程更方便地描述分数塔尔博特效应.给出了一种研究光栅分数塔尔博特铲应的新途径.     

Quadric wavefront aberrations in phase-type images of binary amplitude gratings with small opening ratios

We discuss the quadric wavefront aberration of a fractional Talbot imaging ray which distorts the phase-type image of a binary amplitude grating with a small value of the opening ratio. When the opening ratio is equal to 1/2 or 1/3, the imaging rays are shown to have no quadric wavefront aberrations. For the opening ratios of 1/4 and 1/5, two different types of quadric wavefront aberrations are responsible for the three-level phase images. If the opening ratio gets to 1/6, we find that three different types of quadric wavefront aberrations distort the fractional Talbot image. The quadric wavefront aberration formulated here may be used in evaluating the phase-type image of a binary amplitude grating with an arbitrary value of the opening ratio.     

基于塔尔博特效应的分波器和分束器

给出一个单一器件同时具有分波器和大规模分束器功能的实验结果，其设计原理基于塔尔博特自成像效应。以两波长为例，通过改变分数塔尔博特距离和光栅周期等参量，实验上实现了两波长光信号在空间上的交叉分离。     

畴腐蚀掺镁铌酸锂可调阵列光分束器的研究

研究了不同畴腐蚀深度的掺镁铌酸锂二维六角可调阵列光分束器的分数Talbot效应.对不同Talbot分数β和不同畴腐蚀深度的阵列光分束器Talbot衍射像进行了数值模拟理论研究.模拟结果表明,Talbot分数β可以改变Talbot衍射像的周期及结构分布,而畴腐蚀深度可有效调制衍射像的光强分布.在理论研究的基础上,设计并制备了具有不同畴腐蚀深度的掺镁铌酸锂二维六角阵列光分束器,对其在不同Talbot分数β条件下的分数Talbot效应进行了通光实验研究,实现了畴腐蚀阵列光分束器对近场Talbot衍射光强分布的调制,实验结果与理论研究结果一致.     

利用杨氏双缝干涉讨论Talbot效应

利用杨氏双缝干涉原理讨论了平行光垂直照射下光栅的Tablot及分数Tablot现象.在成像平面上所观察到的光栅衍射条纹实质上是光栅中一定缝距的许多双缝对的杨氏干涉条纹的可除相干叠加条纹,其条纹间距和明暗中心位置都未变化;但是像相对于光栅即条纹分布相对于光栅刻线可能有半个周期的偏移,这可由双缝对参数α的奇偶决定,如果α为偶数则没有偏移,如果α为奇数则有偏移.     

基于分数泰伯效应的激光损伤阈值测量

 介绍了一种基于分数泰伯效应的单脉冲激光损伤阈值测量方法。该方法是根据六角相位光栅的分数泰伯效应，将激光光束整形成许多不同能量密度的高斯形状光斑，通过比较光斑分布图和损伤分布图即可统计计算得到各个能量密度区间的损伤概率。根据角谱传输理论数值模拟得到了六角相位光栅的分数泰伯像并得到实验验证。用该方法和传统的1on1测得HfO₂/SiO₂高反介质膜的激光零损伤阈值分别为7.9和8.0 J/cm²，并进行了误差分析。     

基于波长扫描塔尔博特效应的阶高测量理论研究

近年来,多维阶高测量问题倍受关注,两波长或波长扫描方式的塔尔博特效应被应用于多维阶高测量.研究表明,基于塔尔博特(Talbot)效应的阶高测量方法具有仪器结构紧凑、无需机械扫描、稳定性高和测量范围大等优点.因没有光栅或检测器件的任何机械移动,可避免由此导致的相位问题及测量误差.取代相位信息,该方法采用衍射条纹的最大衬比度来判定塔尔博特像,测试中均采用占空比为1:2的龙基(Ronchi)光栅作为周期结构衍射物,利用不同波长塔尔博特像的像距来确定物体阶高.因为测量的是条纹衬比度而非绝对强度,所以阶高测量精度依赖于条纹衬比度,最大衬比度的获取与判定是非常重要的.在分析对比的基础上指出,采用非龙基型光栅,如正弦振幅光栅或相位光栅,能使成像条纹分布更合理,有效地提高成像条纹的衬比度.研究还表明,所采用周期结构衍射物的空间周期越小,分辨率就越高,从而给出了分辨率同衍射物空间周期的定量关系.     

High-efficiency spatial color separation method based on fractional Talbot effect

Based on fractional Talbot effect, Talbot grating is adopted to realize spatial color separation with high light efficiency. For red and green colors, a two-step Talbot grating is optimized and the light efficiency reaches over 95%. The two-step Talbot grating is fabricated and tested. Experimental results show that the Talbot grating indeed has the good ability of spatial color separation.     

Self-imaging by a volume grating

The self-image phenomenon by a volume grating is proposed and theoretically analyzed. A theoretical model based on a path integral formulation to describe wave propagation through the grating inhomogeneous medium is applied. A modified version of the scalar diffraction theory Fresnel propagator is obtained which allows calculating the diffracted field amplitude by the grating. The proposed model is applied to amplitude and/or phase volume gratings. Remarkable features appear, in particular at the fractional Talbot distance 0.125z_T. In this case, if an in-phase real and imaginary grating modulation is considered a self-image intensity profile is observed for determined values of the absorptive and refractive parameters. On the other hand, a spatial comb intensity profile for a near half period shift between the real and imaginary grating modulations is found.     

Quasi-fractional Talbot effect of resonant diffraction grating

The Fresnel diffraction of resonant diffraction grating is studied on the basis of the modal method, and it shows that the conventional fractional Talbot effect can still occur by choosing appropriate parameters. The Fresnel diffraction distributions of the resonant diffraction gratings with periods between λ and 4λ are analyzed, and the diffraction fields exhibit periodicity in both grating direction and the propagating direction. The experiment is carried out to verify the simulation results of the quasi-fractional Talbot effect of the resonant diffraction grating. This effect has potential application in lithography for high-resolution patterning.