光折变晶体多重全息存储衍射效率均匀性的研究

推导出了全息多重存储时间递减曝光法各幅图象写入时间的解析表达式,研究了时间递减法和循环曝光法单次曝光时间、总曝光时间以及循环次数随存储图象的幅数之间的变化关系,结果表明时间递减法不但对记录系统的要求较低,而且也可获得相当均匀的衍射效率.     

提升全息光栅掩模占空比均匀性的曝光系统

在基于衍射光栅光波导的增强现实近眼显示设备中,光栅的占空比均匀性对成像均匀性影响很大。提出一种提升全息光栅掩模占空比均匀性的罗艾镜曝光系统,该系统采用移动挡板和改变干涉场光强的方法,来补偿全息曝光时高斯光束光强不均匀导致的光栅掩模占空比不均匀。实验中使用该方法制备的光栅,其占空比的极差相比用传统罗艾镜曝光系统制作的光栅降低了66%以上;制成的衍射光波导片的纯色屏幕的均匀性至少提升30%。     

记录光强变化对光折变晶体多重存储衍射效率均匀性的影响

光折变晶体多重存储中,为获得均匀的衍射效率,要根据记录晶体的时间常数计算相继写入全息图的曝光时间,而晶体的时间常数是记录光强的幂函数.本文分析了光强变化对衍射效率的影响.结果表明,对曝光时间加以适当修正,可补偿光强变化对衍射效率均匀性的影响.     

自由基聚合型光致聚合物中全息图像质量的动态特性研究

用实验方法研究了光致聚合物中全息存储再现图像质量的动态特性,以信噪比损失作为图像质量变化的衡量指标,进行了暗增长和均匀后曝光过程监测图像实验。实验结果表明,在暗增长和均匀后曝光过程中,再现图像强度和质量经历先增长后下降的动态过程。以噪声光栅的形成和发展对实验结果进行了初步的解释。以信噪比损失不大于3 dB为判据考察了全息图对暗反应和均匀后曝光过程的宽容程度,对于不同的记录条件确定了暗反应和均匀后曝光过程的特征时间。在特征时间内,再现图像的质量和强度都是可以接受的。在复用记录时,为保证所有全息图有均衡的衍射效率和良好的图像质量,必须考虑再现图像质量和强度的动态变化因素。     

全息波导显示系统中输出光栅的优化

全息波导显示系统中输出光栅的衍射效率、位置和长度对整个显示系统的光强输出均匀性及能量利用率有重要的影响.通常输出光强均匀性由输出光栅的衍射效率决定,能量利用率受多重光栅的位置和长度影响.本文以中心视场光束的输出光强均匀为目的,对相应输出光栅衍射效率的位置分布进行优化与曲线拟合,得到输出光栅衍射效率随输出位置连续递增的分布曲线,并应用到所有视场光束.计算结果表明,相比于传统阶梯状衍射效率分布输出光栅,全息波导显示系统中采用具有连续衍射效率分布输出光栅时的光强输出均匀性得到明显提升.针对部分衍射光束未能进入出瞳的现象,提出错位优化法,按照出瞳大小和使用距离优化各重输出光栅的位置和尺寸,减小了光栅的无效衍射区域,提高了出瞳范围内的能量利用率.     

基于体全息技术的波分解复用(WDM)器件研究

为了寻求更高质量和密集度的WDM器件，对体全息技术制作WDM器件的新方法进行了研究。利用耦合波理论讨论了光折变多重体全息光栅作为波长滤波器实现波长解复用的基本原理。通过理论分析得出了最大衍射效率、最佳写入光强比与耦合强度大小的关系表达式。考虑有效电光系数和空间电荷场随写入光路几何组态的变化关系，以及各信道衍射光波长、衍射角等因素对曝光时序的影响，利用递推法推导出更为精确的曝光时序。采用高亮度溴钨灯代替价格昂贵的大功率可调谐激光器作为波长解复用光源，设计出基于体全息技术的16通道波分解复用器的实验方案。理论分析表明，该器件可将波长相隔0.8nm的谱线分开约1.0mm，这有助于实现密集波长的解复用。     

记录方式对光致聚合物中全息光栅形成过程的影响

根据光致聚合物记录机理,研究了不同记录方式对光栅衍射效率的影响.对已有的光致聚合物光栅形成的一阶扩散模型进行简化,求解出全息曝光、暗增长、均匀后曝光过程对应的折射率调制度的解析式.应用所得解析结果,对三种记录方式在不同光强下的折射率调制度动态进行数值模拟.采用蓝敏光致聚合物,分别在4 mW/cm~2和2 mW/cm~2光强下应用不同方式记录光栅,结果表明:如果曝光光强较高,暗增长的记录方式将获得相对高的饱和折射率调制度,而均匀后曝光会加速达到饱和的进程.     

番红花红T敏化的新型光致聚合物全息存储材料

制备了一种以番红花红T为光敏剂的新型全息存储材料,实验结果表明,该材料具有较高的衍射效率、曝光灵敏度和较大的折射率调制度等,最大衍射效率约38.5%,折射率调制度为0.547×10－3,在存储介质膜中存储了模拟全息图像,再现图像有较好的保真度,说明该材料适合用作高密度体全息存储介质。     

含双引发剂的光致聚合物全息特性研究

制备了一种三乙醇胺与N-苯基苷氨酸为共同引发剂的丙烯酰胺基光致聚合物全息存储材料,并用He-Ne 激光器633 nm波长的光对样品进行曝光测试.实验表明,与单引发剂的光致聚合物相比,薄膜的质量有一定的提高,在曝光灵敏度变化不大的情况下,衍射效率有很大提高.优化两种引发剂浓度后,此种共同引发的光致聚合物材料呈现的衍射效率达到54%,曝光灵敏度为1.85×10－2cm2/mJ.还研究了此种光致聚合物的透过率随曝光时间和曝光强度的变化,说明此种光致聚合物材料内部均匀性好,对光的散射小.     

全息光栅制作中的实时潜像自监测技术

介绍了一种实时监测全息光栅曝光过程的新方法。在曝光过程中,光刻胶折射率的空间分布发生微小变化,由此形成的潜像光栅同时对记录光束产生衍射(自衍射),探测一个非零级次的衍射强度的变化就可对曝光过程实时监测。实验证明,这种技术能灵敏、客观地探测出样片之间由于个性差异所导致的最佳曝光量的漂移,制作者可以借此对曝光时间做实时补偿。发现自监测曲线之线性区的末端存在着一个明显的最佳曝光参考点,紧接其后是一个最佳曝光可选择区。采用了一个曝光模型,其模拟结果和实验中得到的自监测曲线能很好地吻合。理论分析证实,根据实时监测曲线的相对幅值来优化最佳曝光量的方法是很合理的,这种实时自监测是一种非常简单、能有效控制曝光量的技术。     

一种普适型国产银盐感光胶的全息特性实验研究

实验研究了一种普适型国产HR_1型卤化银乳胶的主要全息特性;论述了其曝光量对衍射效率的影响;比较了两种化学后处理方法对衍射效率和信噪比的影响。实验结果表明,HR_1型卤化银乳胶是一种适合于记录透射和反射型合成全息图的记录介质,可以获得较高的衍射效率和信噪比。     

光热折变体光栅变波长读出特性及稳定性研究

光热折变体光栅是在光敏玻璃材料中利用光热折变效应记录的折射率型体全息光栅,具有波长和角度选择性好、衍射效率高、热稳定性好和抗损伤阈值高等特点,在激光器技术领域中具有独特的优势。在自行制备的光敏玻璃材料中,用325nm波长的紫外光曝光记录透射型体全息光栅,基于变波长读出的原理设计实验,对热显影后的光热折变体光栅在532nm波长的激光照射下的衍射读出特性以及其在恒定光功率密度的激光照射下的稳定性进行了实验研究。研究结果表明,热显影后的光热折变体光栅在激光辐照下具有光致饱和效应。根据实验结果定量计算出了光热折变体光栅的选择角和描述光致饱和效应的特征时间常数。     

体积相位全息光栅的设计与制备

本文指出全息干版薄膜在曝光后处理过程中的收缩性和折射率变化对制备全息光栅的周期、倾斜度、布喇格入射角及衍射角的影响问题,并根据实验数据对光栅设计进行修正,再结合Kogelnik衍射方程及折射率调制度和曝光量的线性关系,在实验中基本上能准确设计出指定周期、倾斜度和衍射效率的全息光栅。     

一种用于光束整形的衍射光学元件设计算法

在光束整形衍射光学元件的设计中,为同时减小输出光束的均方根误差和顶部不均匀度值,提出了模糊控制迭代算法(IAFC)。在盖师贝格-撒克斯通(Gerchberg-Saxton,G-S)算法的基础上,提出了平滑修正法,可有效改善输出光束的顶部均匀度,但却增大了均方根误差值。模糊控制迭代算法依据模糊控制理论,通过有效结合盖师贝格-撒克斯通算法和平滑修正法来同时降低均方根误差和顶部不均匀度值。计算机设计的结果表明,利用模糊控制迭代算法可以得到非常理想的输出光束,其均方根误差和顶部不均匀度值分别为0.75%和0.46%,能量转换效率可达94.91%。为光束整形衍射光学元件的设计提供了一种有效的新算法。     

体全息成像系统中非周期体光栅的深度选择性研究

由一束球面波和一束平面波或者两束球面波干涉所形成的体全息光栅,由于其光栅矢量在全息图体积内是随位置的变化而变化的,所以被称为非周期型的体光栅。主要研究了用于体全息三维成像系统的非周期体光栅的深度选择特性。根据叠加的原理,将非周期体光栅看作多个固定周期的基元体光栅的叠加,结合耦合波理论分析非周期体光栅的衍射特性。采用这一方法,利用Matlab软件模拟,研究了两束记录光夹角对所记录的非周期体光栅深度选择性的影响和在两束记录光夹角相同时,球面参考光体全息成像系统及平面参考光体全息成像系统深度选择性的差别,最后在光折变晶体材料中进行非周期型和周期型体光栅的记录和再现,对模拟结果进行了实验验证。     

局域体全息光栅衍射的平面波与柱面波的波前转换研究

利用一维耦合波理论研究了入射方向相互垂直的一束平面波与一束柱面波干涉形成光折变局域体全息光栅的波前转换情况。给出了透射波和衍射波振幅的解析表达式。讨论了该局域体全息光栅的几何尺寸以及全息透镜的焦距对光栅衍射效率的影响。结果表明,随着光栅横向尺寸的增加,光栅的衍射效率也逐渐增加。然而,光栅的衍射效率却随着光栅纵向尺寸的增加而减小。全息透镜的焦距越长,光栅的衍射效率也越大。此外,分析了光栅的布拉格选择特性,该光栅具有非常好的角度选择特性。在平面波与柱面波干涉形成全息透镜的设计中,为了获得最优的衍射效率,应当根据要求合理地选择记录所用柱面波和设计光栅的几何尺寸。     

Dark diffusional enhancement of holographic multiplexed gratings in phenanthrenequinone doped poly（methyl methacrylate） photopolymer

In this paper, we experimentally investigate the dark diffusional enhancement of the optimized multiplexed grating in the phenanthrenequinone doped poly (methyl methacrylate) (PQ-PMMA) photopolymer. The possibility of improving the holographic characteristics of the material through the dark enhancement is demonstrated. The optimal preillumination exposure and the optimal time interval between exposures are extracted to obtain the optimized diffraction efficiency, and their values are 3.4×10³ mJ/cm² and 2 min, respectively. The dark enhancement of the multiplexed grating is presented as an effective method to improve the response region and the dynamic range and to prevent saturation of the material. The dependence of the phenanthrenequinone concentration on the increment of the refractive index modulation is quantitatively studied, which provides a significant basis for improving the homogeneity in the multiplexed gratings using a quantitative strategy. Finally, a simple experimental procedure using the dark enhancement is introduced to improve the homogeneity of the diffraction efficiency and to avoid the complex schedule exposure.     

杂环偶氮染料薄膜的全息光存储

采用含杂原子的偶氮染料TADEB、DMTAM、DMTAA和DMTAMB掺杂高分子聚合物PMMA制成薄膜,利用四波混频全息光路系统,研究了它们的全息光存储性质。实验结果显示DMTAA样品的衍射效率最高,可达到22%,是一种存储性能较为优良的永久性全息光存储介质材料。     

Single laser exposure fabrication of diamond-like 3-dimensional photonic crystal microstructures using circularly polarized light

Phase tunable multi-level diffractive optical elements define an attractive approach for single laser exposure fabrication of 3-dimensional photonic crystal microstructures. The significant advantage of these multi-level diffractive optical elements over two-level diffractive optical elements is the flexibility of fabricating a wide range of 3-dimensional periodic structures by manipulating the relative phase of different diffracted beams. Here, phase tuning was applied to demonstrate fabrication of a hybrid 3-dimensional structure intermediate between previously reported diamond-like Woodpile-type structure of tetragonal symmetry and structure having body-centered-tetragonal lattice symmetry. Circularly polarized light was applied for the first time to balance the diffraction order efficiencies and improve the structural uniformity. Design guidelines are presented for generating diamond-like photonic crystal template that possesses complete photonic bandgap when inverted with high refractive index materials.     

A Useful Technique to Fabricate Fan-out Grating

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｆａｎｏｕｔｇｒａｔｉｎｇｗａｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｏｐｔｉｃａｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｏｐｔｉｃａｌｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ［１］，ｌａｓｅｒｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎａｎ...