布儒斯特角附近的透射光栅传输特性

 减小光栅表面的反射率以得到更高的衍射效率是目前光栅设计与制造中需要解决的重要问题之一。提出利用偏振光沿布儒斯特角入射时具有的特性来实现降低光栅表面反射率的方案，介绍了这种方案的物理模型，并利用严格耦合波分析法进行了模拟计算。计算结果显示，对入射光为TM偏振，波长0.35 μm，当光栅周期较长为2.80 μm时,以布儒斯特角入射的光波，它的表面反射被大大抑制；当光栅周期较短为0.21 μm时也有类似的结论，并且透射光的一级衍射效率极大值出现在刻槽深度为3.50 μm处附近，衍射效率大于95%。     

用于ICF驱动器的取样光栅的矢量分析与计算

 在ICF的终端光学聚焦系统中，采用取样光栅(BSG)将透射的三倍频光按一定比例送入能量计中进行能量诊断。本文采用精确耦合波矢量分析方法分析了衍射效率与光栅周期、刻槽深度、占空比等的关系，为光栅的实际制作提供了一些有意义的结果。     

圆偏振光在手征负折射材料表面的反射和极化特性研究

从理论上分析了圆偏振光入射到手征负折射材料表面的反射与透射特性,给出了归一化反射透射功率与入射角的关系曲线以及布儒斯特角与手征参数之间的关系曲线.当入射角大于两个本征波的临界角时,全内反射现象发生.由于手征负折射介质中的一个本征波发生了负折射,右旋或左旋圆偏振光入射时反射波的极化态有着与常规介质完全不同的特性,以布儒斯特角入射时反射光都为线偏振波但极化方向并不相同.     

亚波长浮雕光栅的衍射和抗反射及增透研究

研究了亚波长光栅的衍射对抗反射和增强透射性能的影响。理论分析表明,如果要达到抗反射和增强透射的双重效果,需要避免衍射引起的横向波导损耗,光栅周期要足够小;而如果只需要达到抗反射效果,可利用光栅衍射形成横向波导共振降低反射效率,此时光栅周期不需要很小。利用严格耦合波理论对周期、占空比及凹槽深度等结构参数进行优化。采用激光干涉光刻法制作了周期为290 nm的一维浮雕光栅,并测试其透射及反射光谱,结果表明这种结构在大角度范围内对可见光波段有明显的抗反射效果,但是只有波长在非衍射区才具有透射增强效果,而在衍射区透射降低。该研究实验和理论分析相一致,研究结果为根据应用要求合理选择光栅周期、降低制备工艺提供了清晰的物理图像和参考。     

色分离光栅镀膜减反技术研究

 根据惯性约束聚变系统技术要求，提出一种镀膜减反方案，以解决现有光栅由于元件表面反射影响衍射效率的问题。对色分离光栅镀膜减反技术进行了详细的分析，根据标量理论给出了镀膜光栅的各项技术要求，优化了光栅结构参数。模拟计算结果发现，光栅表面反射几乎完全消除，表明可以通过色分离光栅镀膜减反提高衍射效率的目的。该镀膜光栅刻槽深度的优化值为2.84μm，膜厚为等效1/4波长，即71.2nm。     

亚波长光栅偏振分束器的研究

利用单层亚波长硅光栅结构设计出工作在近红外波段的偏振分束器。该偏振分束器在45°入射角附近对TE偏振光具有很高的反射率同时对TM偏振光具有很高的透射率,其设计原理是基于亚波长光栅的泄漏模共振效应以及类布儒斯特效应。利用散射矩阵方法和时域有限差分方法对偏振分束器进行设计和分析。模拟结果显示,该偏振分束器在1390～1600nm的波长范围内的反射与透射消光比大于100;同时该偏振分束器具有相对较大的入射角度容差,在有限尺寸高斯光束入射下能保持很好的性能。     

1维介质光栅近场及其衍射的FDTD分析

 应用FDTD方法计算了单色平面波斜入射时1维介质光栅的近场，进而求出介质光栅的衍射效率。借助于周期边界条件，整个计算区域为周期结构的一个单元。考虑入射波在两种介质界面上会产生反射和透射，故在总场边界上引入入射波、反射波和透射波。给出了光栅单元截面为矩形和梯形的算例。该方法可用于斜入射情形下具有复杂结构和任意单元截面的介质栅近场及其衍射特性分析。     

分频光栅的衍射特性及误差分析

 基于标量衍射理论推导出了分频光栅的各级衍射效率公式，分析了分频光栅的衍射特性，发现入射光波在满足相应的相位延迟条件时，能被分频光栅以最大效率衍射进３个中央级次中的某一级。分析和比较了两种制作工艺中的刻蚀深度误差、占空比误差对衍射效率的影响。在惯性约束聚变（ICF）应用中，对于同一要求的３倍频光的衍射效率范围，两种工艺的刻蚀误差容限是相同的，但是两种工艺的相同刻蚀误差却带来不同的衍射效率。在不计其它误差时，占空比误差不会对３倍频光的衍射效率产生影响，但可以对基频光和2倍频光产生相反的影响，占空比误差还可以使基频光和2倍频光的主要衍射级次的效率都降低，同时增大它们的0级衍射效率。     

线偏振高斯光束通过复合型衍射光栅的传输特性

提出一种集合浮雕和折射率周期分布调制的复合型衍射光栅,并利用角谱表示和严格的模式理论研究了线偏振高斯光束通过这种复合型衍射光栅的传输特性.数值计算结果表明,在光栅的同一透射深度处复合型衍射光栅光强的起伏频率要比浮雕型光栅光强的起伏频率小.最后使用复合型衍射光栅模型,研究了亚波长体积相位全息光栅的表面起伏和入射光束的束腰宽度对衍射效率的影响. 关键词： 复合型衍射光栅 亚波长体积相位全息光栅 高斯光束 严格模式理论     

弱谐波情况下透射光栅衍射效率标定方法

同步辐射光源中的高次谐波会使透射光栅衍射效率标定精度变差。为了校正光源中的高次谐波对透射光栅衍射效率标定的影响,提出了一种光源存在弱谐波情况下的透射光栅衍射效率标定方法,通过使用谐波X射线的衍射效率修正基波衍射效率标定中谐波的影响,从而得到更为准确的透射光栅衍射效率。使用该标定方法在北京同步辐射光源上开展了透射光栅相对衍射效率标定工作。实验结果表明:在100~800eV存在高次谐波能段,修正后透射光栅一级与零级的相对衍射效率与理论模拟结果吻合较好,修正后光栅二级与一级的相对衍射效率更接近理论模拟结果,但与理论模拟结果仍有较大偏差,该偏差主要来源光栅较弱的二级衍射。     

光波在左手材料中的菲涅尔公式和布儒斯特定律

根据Maxwell的电磁场理论，推导出单色平面光波入射到介电常量和磁导率分别为ε1、μ1和ε2、μ2的两种介质时的菲涅耳公式和反射率及透射率的普适表达形式.对于ε2<0 和，μ2<0的左手材料，普适菲涅耳公式同样适用.研究了光从右手材料入射到左手材料时反射和折射的特性，给出了反射光为全偏光时布儒斯特角应满足的条件,此条件说明,在左手材料中布儒斯特角不但与折射率有关而且与磁导率有关.     

自支撑透射光栅的设计、制作和测试

采用标量衍射理论和严格耦合波理论分别计算和讨论了金自支撑透射光栅的衍射效率随波长和光栅周期变化的情况并设计了光栅的结构参数.制作了周期为300 nm、线宽/周期比为055、厚度为200 nm、总面积为1 mm×1 mm、有效面积比为65%的金自支撑透射光栅.在国家同步辐射实验室检测了该光栅在55—38 nm波长范围内的绝对衍射效率.检测结果表明所制作的光栅在8 nm附近具有接近10%的最大衍射效率,并且该光栅对于波长15—35 nm范围内的极紫外波段具有基本稳定的衍射效率. 关键词： 自支撑透射光栅 电子束光刻 电镀     

对称面形光栅TE模的衍射特性

本文采用耦合波方法计算了对称面形光栅的衍射效率,分析了光栅截面面形为正弦、三角形、矩形、梯形光栅衍射效率与光栅周期、沟槽深度的关系,计算了光栅的峰值衍射效率。理论计算表明:合理地选择光栅周期、沟槽深度,对称面形光栅都可以达到很高衍射效率,接近100%;光栅的峰值衍射效率基本出现在Bragg衍射且光栅的周期等于衍射波长时。     

线偏振光在手征负折射材料表面的传输特性研究

从理论上研究了手征负折射材料表面的反射与透射特性,给出了归一化的反射透射功率与入射角之间的关系曲线.当入射波分别为垂直和平行极化波(TE和TM波)时,得到了发生负折射时的布儒斯特角和全内反射角随手征参数和材料折射率的变化关系.手征负折射介质中的一个本征波发生了负折射,其功率流方向与波矢方向相反.     

二元光栅抗反射特性的耦合波分析

基于严格耦合波分析理论和遗传算法,研究了亚波长矩形光栅(即二元光栅)的抗反射特性。针对光通信中的1.55μm波长设计了抗反射矩形光栅。探讨了光栅周期、占空比和光栅深度的变化对抗反射特性的影响。给出了光栅的抗反射特性所适用的入射角度及波长范围。当入射角度小于30°,在光纤传输系统中入射光波长为C波段和L波段时,反射效率小于0.4%,有效地减小了光纤传输系统的回波损耗。     

不同折射率调制的光纤光栅的特性及其应用

介绍了九种不同折射率调制的光纤光栅的折射率分布及其光谱特性,建立了各种光纤光栅的数学模型,并分析了它们的优缺点及其应用特点。给出了各种光纤光栅之间的联系,并指出两种或多种单一折射率分布的光纤光栅的组合形式将是以后的发展趋势。以折射率分布为出发点,深入地讨论了各种光纤光栅的周期、折射率调制深度、中心反射光波长或透射光波长、带宽、反射率等参数与其功能的关系,为实际系统的设计提供了参考。     

同步辐射软X射线多层膜反射偏振元件研究

利用多靶磁控溅射方法分别镀制了W/C和Mo/Si两种周期性结构多层膜。通过对其相关参数周期数、厚度比以及周期厚度的调整,使薄膜的布拉格衍射峰出现在布儒斯特角附近,两种多层膜的应用能量范围分别落于C的近K边处和Si的L边前。在北京同步辐射装置3W1B光束线的软X射线光学实验站上进行了反射率的测量,得到W/C膜的反射率在214eV时达到4.18%;Mo/Si周期性多层膜的反射率在89eV处达到32.3%。根据测量结果,分析了在同步辐射装置作为偏振元件的可行性     

自支撑透射光栅的设计、制作和测试

采用标量衍射理论和严格耦合波理论分别计算和讨论了金自支撑透射光栅的衍射效率随波长和光栅周期变化的情况并设计了光栅的结构参数.制作了周期为300 nm、线宽/周期比为055、厚度为200 nm、总面积为1 mm×1 mm、有效面积比为65%的金自支撑透射光栅.在国家同步辐射实验室检测了该光栅在55—38 nm波长范围内的绝对衍射效率.检测结果表明所制作的光栅在8 nm附近具有接近10%的最大衍射效率,并且该光栅对于波长15—35 nm范围内的极紫外波段具有基本稳定的衍射效率.     

嵌入式镀膜光栅的数值模拟研究

嵌入式镀膜光栅是将平行四边形的介质膜层,以亚波长量级的周期嵌入波导中.针对该光栅在不同偏振态、不同角度入射下的各级衍射效率问题,本文基于严格耦合波分析理论,对该光栅进行建模与数值分析.结果表明,在TE模入射时,该光栅的一级衍射效率可随膜厚在[0,37％]内变化,其余非零级次的衍射效率低于2％.衍射特性可以满足平视器成像的效率递增要求,同时可以减少能量的损失与杂散成像光线.当入射光束的角度在纵向[45°,70°]、横向[-15°,15°]内变化时,一级衍射效率的变化平稳,可以保持平视器不同视场的成像能量均匀.针对入射光偏振态、光栅材料、嵌入膜层倾角、光栅周期对衍射特性的影响,给出了相应的数值分析,可为波导全息平视器中衍射元件的制作提供理论指导.     

验证马吕斯定律实验的改进

利用改进的实验光路,分析得到透射光光强I/I_0与cos~2(θ)在四个象限内均呈线性关系,满足马吕斯定律,证明使用改进后的实验光路可以代替普通的起偏器检偏器实验光路来实现马吕斯定律的验证,减少了普通的起偏器和检偏器实验光路中偏振片的使用所引入的实验误差。使用该实验光路可以同时测量布儒斯特角和验证马吕斯定律,让学生更加系统的理解和掌握偏振光的特性。另外,通过I/I_0与cos~2(θ)的关系图还可以检验学生对布儒斯特角测量的准确性。