二维平面光栅角色散公式的完整解析形式及分析

在矢量衍射理论基础上给出了任意入射状态下二维平面光栅的光栅方 程，推导出二维平面光栅角色散公式的完整解析形式，确立了二维平面光栅衍射极角 角色散（第一类角色散）和衍射方位角角色散（第二类角色散）的概念. 通过二维平面光栅 衍射极角和衍射方位角角色散的理论分析和数值计算，阐明了当入射波矢偏离光栅法线时， 衍射光斑阵列发生畸变的机理，并明确指出了引起衍射方位角角色散的突变、导致衍射光斑 阵列剧烈变化的条件，因而具有理论上的意义. 在实际应用方面，以晶体和量子点 的x射线衍射、低能电子衍射和反射式高能电子衍射为 关键词： 二维平面光栅 衍射极角角色散 衍射方位角角色散 晶体电子衍射     

超声光栅与平面透射光栅衍射图样的比较研究

分析了超声光栅的形成机理,给出了超声光栅衍射图样光强分布的解析表示,通过理论分析和数值模拟对超声光栅与平面透射光栅的衍射图样进行了比较研究.结果表明其衍射主极大满足类似的光栅方程,但衍射条纹的强度分布不同;都能产生缺级现象,但规律不同;超声光栅是一种动态光栅,各级衍射谱线的频率不同.     

半圆形金属光栅的矢量模态理论

采用了Ｈａｎｓｅｎ矢量波函数理论研究半圆形金属光栅的衍射效率问题，该方法适用于任意入射方向，任意偏振态入射场衍射问题的研究，结果表明，当入射光为ｐ或ｓ型偏振光时，其结果与文献（１）的结果相同。     

亚波长介质光栅的制作误差分析

利用严格耦合波理论（RCWA）分析了方向误差和面形误差对亚波长光栅衍射效率的影响. 通过分析发现,方向误差和图案边缘钝化对光栅的衍射效率影响不大,而刻蚀过程中由于侧壁倾斜而产生的面形误差对光栅的衍射效率影响非常大.在制作亚波长光栅时,可以通过选取合理的刻蚀系统或增大占空比的方法来避免基底型误差的出现.该结论对于制作亚波长光栅具有重要的指导作用.同时根据得出的结论,选用专门用于硅深刻蚀的等离子体辅助刻蚀系统制作出了红外30 μm亚波长抗反射光栅,检测结果显示,光栅沟槽侧壁陡峭且透过率和设计值吻合得比较好.     

基于锥面衍射实现高效率双光栅光谱合成

分析了基于锥面衍射的双光栅光谱合成系统的可行性,设计了激光入射角为Littrow角附近的双多层介质膜(MLD)光栅光谱合成系统,开展了两路合成实验。当入射极角等于自准直入射角,入射方位角为6°时,光栅衍射效率近似等于光束自准直入射时的衍射效率。基于锥面衍射原理,对中心波长为1050.24 nm和1064.33 nm的两束光纤激光子束进行合成,入射极角为43.99°,测得合成效率为92.9%,较基于非锥面衍射的双光栅光谱合成系统的合成效率提高了8.8%;测得合成光斑光束质量Mx 2=1.204,My 2=1.467,与基于非锥面衍射的双光栅光谱合成系统输出光斑光束质量基本一致。     

新型棱镜产生近似无衍射线结构光

为了改善三角棱镜系统产生近似无衍射线结构光的能量均匀分布在若干条光斑上,不适合直接应用于三维表面测量且中心光斑对能量利用率较低的问题,提出了一种新型光学元件.该元件在三角棱镜的基础上,通过在其底部胶合一个与原三角棱镜底面大小相等,横截面为等腰梯形的凸台制成.采用几何光学的理论对新型光学元件的光束变换特性进行分析,结果表明其可以等效为两个不同底角三角棱镜的组合,平面光束通过新型光学元件后将产生中心光斑较强的近似无衍射线结构光.由衍射积分理论分析和模拟了新型光学元件后的空间光强分布特性.仿真的结果表明,衍射积分分析的结果与几何光学分析的结果是一致的:新型光学元件可以产生一种性能更好的近似无衍射线结构光.并且通过改变棱镜的结构参量,能够方便地调节光束的中心光斑尺寸、近似无衍射范围等参量.     

用光栅衍射法测试液体表面张力

利用π型直线状振源，在待测液面产生正弦形表面驻波，将其作为一种理想的反射式光栅，通过对激光束的衍射，形成线阵衍射光斑．借助LCCD等硬件测试系统及相应的数据采集与处理系统，实时准确地测量液体表面张力。     

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.     

利用双光栅衍射测量微谐振动的研究

本文以余弦光栅为模型,运用波前相因子分析方法,得到了有一定距离的双余弦光栅衍射斑的强度公式.推导出了双光栅之一作纵向或横向微谐振动时,远场衍射光斑强度的变化公式.这些公式呈现出复合余弦函数的变化规律,并且分析出了光强随时间的变化与光栅振幅之间的关系.为微小振动的测量提供了一种新的方法.最后,文章给出了衍射斑强度变化信号的数值计算结果.     

光栅衍射实验中测量光栅常数的两种辅助方法

衍射光栅可以将不同波长的光在空间上分离开,在光谱分析领域中有广泛应用.利用光栅的衍射来测量光栅常数是大学物理实验中的一个典型实验,而本文介绍的正是光栅衍射实验中的两个有趣现象:一是旋转光栅时,谱线的偏转角存在一个最小值;二是光栅旋转到一定角度时,衍射光斑会逐渐消失在视野中.论文从理论上分析解释这两种现象,并设计出两种测量光栅常数的方法,在实验上进行验证.与传统的用最小偏转角测光栅常数的方法相比,本文重点分析了由判定最小偏转角位置偏差所带来的影响,并提出了对称旋转测量的方法来进一步减小误差.