多层介质膜脉冲压缩光栅近场光学特性分析

利用傅里叶模式理论分析了TE波自准直角入射的使用条件下，多层介质膜光栅的光栅区和多层膜区电场分布的特点.分别讨论了HfO₂和SiO₂为顶层光栅材料时，光栅结构参数对光栅脊峰值电场的影响，结果表明，对于不同膜厚的顶层材料，存在一个最佳膜厚度，使光栅脊峰值电场最小，并且当膜厚增大时，设计大高宽比的光栅可以降低该电场峰值.最后，在大角度条件下使用多层膜光栅也可以降低光栅脊处的峰值电场. 关键词： 衍射光学 多层介质膜光栅 模式理论 损伤阈值     

偏振敏感材料中具有圆各向异性的偏振全息光栅

在向列相液晶中掺杂质量分数约0.2%的偶氮侧链型聚合物制成偏振敏感材料,使用正交圆偏振光记录了具有圆各向异性的一维偏振全息光栅,用线偏振光探测偏振全息光栅,得到正,负一级衍射光也为线偏振光,且偏振态与探测光和零级偏振态相互正交,可以运用琼斯矩阵理论加以解释.偏振全息光栅可由外加电场控制衍射级的变化,即在外加电场作用下,正、负一级衍射产生了90°的相位差.在频率6.05 Hz、电压2.2 V的外场作用下,衍射级的极值振荡变化.     

波长尺寸表面浮雕光栅的严格理论计算和分析

本文采用麦克斯韦(Maxwell)方程微分积分方程对波长尺寸的梯形反射光栅在TE模式(横向电场)偏振状态入射下,进行严格理论的计算和分析.表面电场计算表明,光栅刻槽斜边边界对于金属材料金和铝光栅表面电场分布具有明显效应,对于入射波长为λ=1.0μm附近的红外区域,金材料具有强烈的金属特性,此时表面电场的斜边边界效应更加明显.表面电场及其远场衍射效率伴随刻槽深度变化,而振荡特性进一步阐明了此效应对近,远场的作用.该方程适用于任意形状光栅或单一散射体对任意入射方向,任意偏振态的衍射和散射问题.     

矩孔金属光栅矢量模式理论的数值计算

根据矩孔金属光栅的矢量模式理论，计算了不同入射方向，波长及偏振态情况下衍射场的分布，研究了不同光栅结构对衍射效率，偏振态变化的影响；同时，根据实际需要，加工制作了一批不同深度的矩孔光栅样品，进行了实验测量，并将计算值与实验值进行了比较，两者基本相符。     

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。     

任意槽形金属光栅矢量模式理论的数值计算

本文根据任意槽形金属光栅的矢量模式理论，对正弦槽光栅和半椭圆槽光栅的情况进行了推导和数值计算。对任意入射方向和偏振态的入射场，计算了其衍射场的分布情况，并详细研究了光栅结构参数（光栅常数、槽宽、槽深等）对衍射场的影响。     

线双折射传感光栅中的传输光偏振态分析

 深入研究了线双折射光栅中透射光偏振特性的演变过程。采用耦合模理论和琼斯矩阵分析了传输距离、双折射大小、入射起偏态等因素对透射光偏振特性的影响,并利用邦加球中描绘了偏振态的演变趋势。结果表明：光栅中的线双折射和传输距离会改变传输光的偏振态,偏振态的波长相关曲线会随传输距离和线双折射的增大而不断扩展,入射起偏态的不同并不改变偏振态的拓展趋势。同时,第一斯托克斯参量与偏振相关损耗在峰值波长点上存在对应关系,两者幅值均与线双折射呈单调递增关系,可应用于传感测量。     

聚合物分散液晶光栅的衍射特性的研究

报道了一种由聚合物分散液晶膜与具有周期性条状电极结构板结合的新型光栅器件，借助于聚合物分散液晶膜的电光特性，这种栅对入射光的散射或衍射取决于对其施加的电压，即它是电场可调的，实验结果显示出当驱动电压超过器件器件阈值电压时，衍射光的强度和衍射斑的可见级次被电场调制，而且它能入射光的线性偏振态变为椭圆偏振态。     

双光束干涉中偏振态分布的演示实验

光的干涉现象是波动过程的基本特征之一,是波动光学研究的主要内容.相干条件说明光波的偏振态对光的干涉效应有影响.为了让学生更好地理解光的干涉过程中偏振态的影响,本文设计了一种全息记录光路,利用一种对激发光偏振态敏感的偶氮染料样品,演示了样品经过不同偏振的两束特定波长写入激光作用后,可以观察到写入光和探测光的衍射现象.这些衍射现象说明样品中可以形成的不同类型的折射率光栅,而这些折射率光栅来源于样品表面不同偏振态的周期分布导致的染料分子的周期取向分布,从而形象地说明了光的干涉过程中相位差的重要性,有助于学生对光的干涉的深入理解.     

基于亚波长偏振光栅的偏振光分束器设计

利用琼斯矩阵和矢量傅里叶系数方法分析了二元亚波长偏振光栅的偏振特性和衍射效率,并给出了相应的数学解析式.研究发现,通过入射光的偏振可以控制不同衍射输出级的偏振态,且0级输入偏振态与输出偏振态始终相同,而其它级次除线偏光外都与入射偏振态相反.当二元亚波长偏振光栅的位相延迟分别设置为0.62π和π时,可以将二元亚波长偏振光栅设计为1→3或1→2的偏振光分束器,且分束器具有衍射效率高、宽带宽、对入射角的变化不甚敏感的特点.     

Design of high-efficiency diffraction gratings based on total internal reflection for pulse compressor

We present designs of high-efficiency compression grating based on total internal reflection (TIR) for picosecond pulse laser at 1053 nm. The setup is devised by directly etching gratings into the bottom side of a prism so that light can successfully enter (or exit) the compression grating. Dependence of the −1 order diffraction efficiencies on the constructive parameters is analyzed for TE- and TM-polarized incident light at Littrow angle by using Fourier modal method in order to obtain optimal grating structure. The electric field enhancement within the high-efficiency TIR gratings is regarded as another criterion to optimize the structure of the TIR gratings. With the criterion of high diffraction efficiency, low electric field enhancement and sufficient manufacturing latitude, TIR compression gratings with optimized constructive parameters are obtained for TE- and TM-polarized incident light, respectively. The grating for TE-polarized light exhibits diffraction efficiencies higher than 0.95 within 23 nm bandwidth and relatively low square of electric field enhancement ratio of 5.7. Regardless of the internal electric field enhancement, the grating for TM-polarized light provides diffraction efficiencies higher than 0.95 within 42 nm bandwidth. With compact structure, such TIR compression gratings made solely of fused silica should be of great interest for application to chirped pulse amplification (CPA) systems.     

Design of High-Efficiency Diffraction Gratings Based on Rigorous Coupled-Wave Analysis for 800nm Wavelength

We report on the design of a high diffraction efficiency multi-layer dielectric grating with wide incident angle and broad bandwidth for 80Ohm. The optimized grating can achieve 〉 95% diffraction efficiency in the first order at an incident angle of 5° from Littrow and a wavelength from 77Ohm to 83Ohm, with peak diffraction efieieney of 〉 99.5% at 80Ohm. The electric field distribution of the optimized multi-layer dielectric grating within the gratings ridge is 1.3 times enhancement of the incidence light, which presents potential high laser resistance ability. Because of its high-effieieney, wide incident, broad bandwidth and potential high resistance ability, the multi-layer dielectric grating should have practical application in Ti：sapphire laser systems.     

Design of guided-mode resonance filters with an antireflective surface at oblique incidence

A design approach of guided-mode resonance filter (GMRF) with an antireflective surface at oblique incidence is presented. For a given incident angle or grating filling factor, the required grating filling factor or incident angle can be expressed by the analytical forms of the quadratic equations at quarter-wavelength thickness. Long-range, low sidebands are obtainable for a single-layer GMRF under the TM mode wave illumination at oblique incidence. The reflection properties such as the symmetry of the lineshape and the sideband level in the logarithm scale can be further improved by slightly varying both the grating period and the grating thickness. Magnetic field enhancement occurs in these structures due to the coupling between the evanescent diffracted order and the waveguide mode.     

二元矩形金属光栅衍射增强电磁理论

采用耦合波原理计算了TM波经过二元纳米量级金属光栅衍射的电磁场，研究了金属光栅的占空比、光栅深度及TM波入射角对衍射后的光栅表面电磁场的增强的影响，针对金属金、银做了探讨和分析，得出重要的结论. 关键词： 耦合波原理 金属光栅 衍射     

压电诱导型声光调制器中的电光效应

本文通过解压电效应的基本方程,应用一维近似理论,结合边界条件,得出压电共振晶体中电场是不均匀的,它将导致“电光栅”的产生。“电光栅”与“声光栅”可以相互耦合,产生“高次光栅”。压电诱导声光(PESD)调制器中的一次电光效应更有助于对入射光束的衍射和调制。实验结果证实本文结论。 关键词：     

复合Ag/SiO_2正弦光栅基底SERS特性分析

当前微流控表面增强拉曼散射(SERS)检测领域常用的贵金属纳米颗粒溶胶单位体积内热点区域数量有限且热点区域范围较小,而贵金属纳米三维阵列结构加工时间长,成本高昂并存在"记忆效应"。本文提出了集成到微流道的复合Ag/SiO_2正弦光栅SERS基底结构,可以利用激光干涉光刻技术进行制备,无需预制掩膜版,可实现大面积、低成本SERS基底简易快速制备。利用严格耦合波分析方法(RCWA)建立了复合正弦光栅表面电场增强数学评估模型,推导了表面等离子体共振(SPP)耦合吸收率数学模型,分析了入射光、复合正弦光栅结构与外界环境介电常数的优化匹配关系,得到了入射光785 nm条件下的最佳复合正弦光栅结构。通过制备加工并实验验证了复合正弦光栅的SERS性能,SERS增强因子(EF)能够达到10~4。     

Total-internal-reflection mode in holographic polymer dispersed liquid crystals

We have developed a holographic polymer dispersed liquid-crystal device based on total internal reflection (TIR). In the field-off state, the holographic planes are slanted such that the angle of the diffraction beam is beyond the TIR angle of the glass substrate. The beam is trapped in the sample and propagates to the edge. In the field-on state, the holographic grating is erased and the incident beam propagates directly through the sample. Contrast ratios of 10 dB, submillisecond response times, and an index modulation of 0.042 at 1550 nm are reported.     

相位光栅分离双波长宽角度光线的理论分析

使用衍射光栅的分色分光方式一般以平行光入射情况为讨论基础,对于非平行光入射的情况讨论较少.本文基于菲涅尔衍射理论和角谱理论,将球面波与平面波的衍射波场联系起来,从而在传播函数中引入角度参量,结合分数泰伯效应的理论基础,推导出双波长宽角度入射光线经相位光栅衍射后的波场分布函数,并对推导出的函数进行数值模拟,得到像面不同位置衍射波场分布.与平行光入射时的标准波场分布相比较,得到宽角度入射时的衍射波场的横向展宽量和偏移量.通过调节光栅台阶的宽度,改变衍射场的展宽和偏移,使各个单一波长的衍射波场宽度小于光栅周期的一半,从而减少双波长光衍射波场的混叠.同时本文给出波场宽度与光栅台阶宽度的变化关系,选取光栅面上多个位置作为台阶宽度的计算点,并对整个光栅的台阶宽度进行曲线拟合,得到可以使双波长宽角度入射光实现良好空间分离的光栅参量.该结果可用于各类宽角度入射光线的光谱分离场合,如双波长成像、液晶显示和液晶投影等.     

带有多孔二氧化硅间隔层的导模共振光栅实现染料激光器发射增强

导模共振光栅是一种典型的平面波导共振结构,可在光栅表面或波导层内形成较强的局域电场,能增强光与物质的相互作用.本文在导模共振结构的光栅层和基底层之间,引入低折射率的多孔二氧化硅间隔层,显著增强了局域电场与增益介质的接触度.结果表明,引入多孔二氧化硅后,共振产生的电场增强区域上移至激光染料层,增加了激光染料与电场的相互作用,实现了激光出射增强.本文基于时域有限差分法,对结构参数进行分析优化,研究了820 nm共振波长激发下的出射激光特性,得到了连续的激光出射,其能量阈值约为2.5 mJ/cm^2,线宽约为0.3 nm.本文提出的结构实现了对表面局域电场的有效调控,增强了激发光与增益介质的相互作用,不但可应用于激光器,还为其它发光器件的设计提供了参考.