用光栅的±1级能量之比测量光栅参量

提出了利用透射光谱结合优化算法来反演衍射光栅参量的新方法。利用衍射光栅两个对称级次(m=±1)的能量比来处理这种差异,实现光栅参量的成功反演。首先,在理想光栅(以正弦面型光栅为例)透射光谱曲线上叠加高斯噪声来模拟实验测量曲线,结合正单纯形法对该法进行模拟反演,所得结果非常接近真值。其次,对于体积相位全息光栅,利用实验测得的透射光谱±1级能量比,反演得到的各参量的相对误差不超过2%,这进一步证明了该方法的可行性和有效性。同时该方法具有无损伤、操作简便、可重复、易推广、成本低等优点。     

斜入射时测量谱线波长公式的修正

讨论通过测量相应衍射线与入射线的偏转角来测量谱线波长的方法,该方法避开光栅双面反射致绿十字像重影而无法精确调整的问题。该方法测量偏向角可提高斜入射时测量谱线波长的准确度。     

透射型光折变体全息光栅对超短脉冲激光光束衍射的特性

在Kogelnik耦合波理论的基础上,考虑光栅记录介质的色散效应的影响,研究了光折变体全息光栅对不同偏振状态的超短脉冲激光光束衍射的性质,讨论了高斯型入射脉冲激光光束的谱宽与光栅的有效衍射谱宽之比不同时,衍射和透射光束的光谱宽度、时间宽度、波形和衍射效率的变化。结果表明,光栅的有效衍射谱宽受光栅参量及入射条件的影响,对衍射性质的影响很大,且在考虑光栅记录介质的色散效应时减小。当入射脉冲的偏振方向垂直于入射面时,光栅的有效衍射谱宽大于偏振方向平行于入射面的情形,衍射效率在入射脉冲宽度较大时小于偏振方向平行于入射面的情形;谱宽比较大时,衍射光束的时间分布曲线产生展宽和变形,且比偏振方向平行于入射面的情形展宽和变形得更加明显。     

正弦光栅标量衍射及等效介质理论有效性分析

利用严格傅里叶模式理论研究了不同基底折射率、入射角度、归一化周期、归一化沟槽深度对正弦型光栅微结构衍射效率的影响,并分析了该光栅的衍射特性.基于标量衍射理论和等效介质理论,分别计算了光栅周期远远大于和远远小于入射波长时,正弦型光栅的衍射效率,并与傅里叶模式理论的计算结果进行比较,分析标量衍射理论和等效介质理论的有效性.结果表明:在垂直入射条件下,当光栅基质材料折射率为1.5时,标量衍射理论在光栅归一化周期大于5时,能够准确计算光栅衍射效率,误差小于3%;当基底折射率增大到3.42时,只有在光栅归一化周期大于10时,标量衍射理论才有效,误差小于5%;当正弦型光栅透射光中只有0级衍射光传播时,等效介质理论能够准确计算其透射率;随着入射角度的增大,标量衍射理论和等效介质理论的有效性都不同程度地降低.     

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.     

斜入射时光栅衍射特性的理论分析及实验研究

在研究倾斜入射衍射光栅时如何测量光谱波长的基础上,给出了衍射光相对于零级衍射光夹角与倾斜入射光入射角的关系,利用最小衍射角法和等效光栅法测量高压汞灯绿光谱波长,定量分析了在常规衍射光栅实验中斜入射对波长测量结果的影响。     

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。     

反射型体全息光栅对超短脉冲激光光束衍射的性质

在光栅记录介质色散效应的影响下,拓展Kogelnik的耦合波理论研究了反射型体全息光栅对偏振方向垂直和平行于入射面的超短脉冲激光光束衍射的性质。结果表明对于记录在LiNbO3光折变晶体中的体全息光栅,在色散效应、光栅参量和入射条件的共同影响下,光栅对偏振方向垂直于入射面的超短脉冲激光光束衍射的光谱带宽大于对偏振方向平行于入射面的超短脉冲激光光束衍射的光谱带宽,在不考虑光栅介质色散效应的影响时,它们都变大。进一步给出了衍射光的光谱带宽及光栅的衍射效率随入射脉冲的光谱带宽与光栅的光谱带宽比值的变化情况。     

平面变线距光栅衍射场的解析表达式

利用多缝干涉原理计算了平面变线距光栅的衍射场分布,给出了它的主极大位置、半宽度等物理量.讨论了该光栅在成像参量变化时对光栅衍射场的影响,得到了变线距光栅单色器参量变化的限制范围.     

入射光斜入射光栅表面的衍射方程

当入射光垂直入射于光栅表面时,由于光栅衍射,产生衍射图样,其亮条纹的位置由 dsinψ=mλ m=0,±1,±2,… 决定,式中d为光栅常量,ψ为衍射角,λ为波长.当入射光为复合光时,除零级外,不同波长的同一级亮线不重合,波长大的衍射角大,波长小的衍射角小.如果入射光是斜入射于光栅表面,那么相应的光栅公式将发生变化.下面就斜入射情况下的光栅公式进行讨论.     

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.     

多层介质膜脉宽压缩光栅的严格矢量分析

用于展宽和压缩激光脉冲的多层膜脉宽压缩光栅是由多层介质高反膜和位于其顶层的浮雕光栅构成。以设计的高反射多层膜为基础,利用傅里叶模式理论分析了其衍射场分布,给出了TE波自准直角入射的使用条件下,多层介质膜脉宽压缩光栅衍射效率的表达式。以-1级衍射效率为评价函数,分别讨论了HfO2和SiO2为顶层材料时,多层膜脉宽压缩光栅-1级衍射效率高于0.95的光栅结构参量范围。结果表明,在该条件下,选择HfO2为顶层材料时,光栅结构参量有较大的取值范围。给出了优化的光栅结构参量,并分析了光栅制作误差及其使用条件的宽容度,对光栅制作工艺和使用具有一定的指导意义。     

等腰闪耀光栅及其在非对称双光栅位移测量中的应用研究

本文简述了非对称双光栅位移测量的原理和特点,针对其中存在的一些问题,设计了一种新型透射式位相光栅———等腰闪耀光栅。文中导出了等腰闪耀光栅在垂直入射时的光栅方程和衍射光强分布公式,并通过计算机仿真,得到了衍射光强的分布图。最后探讨了等腰闪耀光栅在非对称双光栅位移测量中的应用     

分光计测定光栅常数

针对分光计测定光栅常数实验中入射光线偏离光栅法线的情形,提出了计算光栅常数的一个近似表达式。在不增加额外测量的前提下,使实验结果更接近于实际值。     

镍金属表面双光束激光干涉直写研究

利用波长为351 nm的半导体抽运全固态脉冲激光器,采用双光束干涉方法,对金属镍板表面直接刻蚀形成微光栅结构的方法进行了实验研究.通过改变激光功率和激光脉冲数等实验参量,研究其对制备的微光栅结构槽形和一级衍射效率的影响.利用扫描电镜和原子力显微镜测量光栅槽形,测得光栅周期为1.25 μm,光栅槽深为10～280 nm,并测量了相应的衍射效率.发现当采用激光单脉冲能量为1.2 mJ,采用10个脉冲加工时,测得槽深为280 nm,一级衍射效率最高（18%）的微光栅结构.利用光栅的衍射理论对衍射效率变化进行了分析.该研究拓展了纳秒激光在加工微结构方面的应用,为在金属材料表面制作纳米压印模版提供了一种新方法.     

基于超声光栅衍射的液体密度测试

采用超声波与光栅衍射的联合实现液体密度的测量.超声波发生器在周期性高频正弦电信号的激励下产生超声波,此超声波在样品池液体中传输可以产生周期性排布的疏密纵波,进而使液体的折射率呈现周期性排列,当激光束垂直入射此液体时,会产生类似光栅的作用.通过CCD采集分析经过样品池后单色出射光线的衍射图样,得出液体的密度.     

闪耀角可调微型可编程光栅的优化设计与仿真模拟

基于体硅微加工技术,设计了一种闪耀角可调的微型可编程光栅,对该光栅进行优化设计,并理论计算不同闪耀角、入射角条件下相对光强分布,采用COMSOL有限元仿真软件模拟不同入射参量下远场相对光强分布.结果表明:设计的可编程光栅有效反射面积占光栅总面积的83.63%,比表面微加工技术设计的光栅提高8%以上,最大工作闪耀角为6.84°;当532nm波长垂直入射时,0~10°闪耀角调制范围内最大衍射效率为96.67%.     

亚微米光栅型导光板设计

提出了利用亚微米光栅制作导光板的方法,给出亚微米光栅型导光板的初始结构.用严格耦合波理论计算分析了在满足基底全反射条件的45°入射角下红(700 nm)、绿(555 nm)、蓝(465 nm)三色光垂直出射的亚微米光栅(0.651μm、0.516μm、0.433μm)在槽深0.05~0.9μm之间变化时,透射衍射效率在2%~43%之间变化.分析了亚微米光栅的作用,做出性能评价,并研究了特定范围入射角引起的衍射角变化.     

环带阶梯形光栅限幅器的光场分布

 设计了一种环带阶梯形光栅限幅器,理论推导并数值模拟了光束通过该限幅器后在限幅光阑平面上的光场分布,定量分析了光强分布随光栅参数的变化规律。结果表明:环带阶梯型光栅实际上是一种闪耀光栅,选择合适的结构参量,可使能量集中分布在偏离光阑中心较远且宽度较大的圆形环带上;亮环位置由光栅递增厚度、光栅周期等参量确定;衍射最亮环位置随光栅递增厚度的增加周期性改变,当递增厚度满足一定条件时,最亮环位置与入射激光波长无关,这对设计多波段的光限幅器比较有利。     

斜入射条件下光栅衍射现象的分析

分析和研究了在特殊斜入射条件的光栅衍射现象,并阐明了在利用光栅测量波长实验中由于特殊斜入射所引起的系统误差。