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%。     

大视场二维扩瞳全息光栅波导设计与加工

为扩大体全息光栅波导的出瞳直径和视场,提出了二维扩瞳和视场扩展的两重体全息光栅波导设计方法。该波导结构的出耦合光栅由两个两重体全息光栅构成,用于实现二维扩瞳。将入射视场分为两条路径传播,每条路径负责一半的视场,最后将两部分视场拼接形成完整视场。该方法不仅扩大了出瞳直径,还有利于增大全息波导系统的视场角。介绍了二维扩瞳视场扩展的光学原理和设计方法,最终实现的系统水平视场为48°,垂直视场为27°,出瞳尺寸为16 mm×13 mm。实验结果验证了所提方法的可行性。该方法在扩瞳的同时有助于扩展视场角,为头戴近眼显示设备提供了具有前景的有效方案。     

双层矩形位相光栅的分束特性

对由两矩形位相光栅构成的双层体积全息光栅的分束特性进行了优化设计，获得了扇出光束数分别为２，３和５，总衍射效率高于８９％，光强分布不均匀性小于５％的分束器。     

一种单色全息平板波导显示系统的研究

设计了一种由耦出线性全息光栅和耦入体全息光栅组成的单色全息平板波导显示系统。该系统的工作原理是微型显示器发出的单色图像光波信息经过准直透镜后,通过耦入体全息光栅和耦出线性光栅把图像光波信息从平板玻璃的一端耦入,另外一端耦出,最终在出瞳位置进入人眼。介绍了全息光栅的特点,利用耦合波理论与K矢量闭合法理论推导全息光栅的视场角,同时介绍了全息光栅的设计方法,该方法是通过分束镜将激光分为物光波和参考光波,且按照一定的入射角度在全息干板上发生干涉来实现。模拟仿真结果表明:该系统显示视场角为18°×14°,出瞳距离为30 mm,传递函数MTF在30 lp/mm时均在0.3以上,满足目视系统的使用要求,可以应用于新一代头盔显示系统中。     

基于双重体光栅的波导显示系统视场扩展研究

体全息波导显示系统的视场角受限于光栅衍射响应带宽,无法满足人们对大视场显示的需求。为扩展波导显示视场角,基于严格耦合波理论模型分析了波导显示视场角的影响因素,进一步提出了一种可有效扩展衍射响应带宽的双重体光栅波导结构,通过变角度分次曝光法完成光栅制备,并搭建全息波导显示系统。成像结果表明,该显示系统的水平和竖直视场角可分别扩展至33.4°和22.6°,对角线视场角为40.3°。     

拼接光栅缝隙对激光脉冲光强分布的影响

以拼接光栅作为色散元件的激光脉冲压缩器中,要求脉冲压缩光栅表面光强分布均匀、能量输出效率高。利用菲涅耳-基尔霍夫衍射原理对脉冲压缩光栅表面光强和远场光强分布进行了研究。计算了拼接光栅缝隙宽度对光栅表面光强变化量和远场光强极大值的影响。在利特罗角附近入射时发现激光脉冲光强分布与拼接光栅缝隙宽度相关,得出了光栅拼接缝隙宽度应控制在0.5 mm以内。适当提高缝隙衍射效率能够改善光强分布均匀性和提高光能量输出,提出了对拼接缝隙采用两次重复曝光以提高其衍射效率的方法。     

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     

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.     

基于液晶偏振体光栅的波导显示系统

液晶偏振体光栅作为一种新型波导耦合元件,因其较宽的角度响应带宽和独特的偏振特性而受到关注。然而,目前对液晶偏振体光栅的研究还在初步阶段,基于液晶偏振体光栅的波导显示系统主要存在出瞳范围较小的缺点。制备了中心波长为532 nm、光束垂直入射时反射衍射角为50°的液晶偏振体光栅,光栅峰值衍射效率达到75%。将其作为波导显示系统的耦合元件可实现图像的传输和显示。同时,设计和实现了出瞳在一维和二维方向上的扩展,将出瞳扩大了到14 mm×12 mm的范围。     

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.     

光纤光栅传输矩阵研究

利用模耦合理论给出并分析了一般坐标系下相移布喇格光纤光栅中的传输矩阵及其特性,所给出的传输矩阵具有分段不变性,而且不能被分解为一个矩阵和一个相移矩阵的乘积.利用该传输矩阵可以研究均匀、相移、啁啾、超结构等光纤光栅及光栅的级联等.计算了相移光栅的反射谱和相移量的关系,以及两个光栅级联时的反射谱.结果表明,同样相移量时的反射谱和已有文献不同,两个光栅级联时,也不同于已有文献,各自的谐振波长与光栅的级联没有关系.     

Digital volume gratings

An optical element constructed by stacking a set of binary-phase grating sheets can simulate the functions of optically recorded volume gratings. Our electromagnetic numerical study also shows that if one of the grating sheets is replaced by another one with different grating period, power spectrum of the diffracted wave changes completely with extra diffraction orders. This property will claim strong advantage in security document applications. Analysis of alignment error reveals interesting phenomena concerning to how misalignment affects diffraction efficiency.     

载氢光纤光致折变布拉格光栅

报道用１９３ｎｍＡｒＦ准分子激光，经过石英相位版的空间调制，在载氢增敏处理过的通信光纤上写入光致折射率变化的布拉格光栅，在光栅布拉格波长上（λ＝１．５３μｍ）测得的反射率大于９０％，半高全宽线宽小于０．６ｎｍ。     

一种设计环形汇聚光栅反射镜的新方法

提出了一种利用数学变换来快速设计环形汇聚光栅反射镜的方法.通过分析具体的物理场景,抽象出已有条形汇聚光栅的"线"汇聚特性与所要设计的"点"汇聚特性在数学上对应的变换关系,然后用该数学变换对条形汇聚光栅进行外形上的变换,外形变换后的条形光栅即为可以实现"点"汇聚的环形光栅.用有限元算法对设计的环形汇聚光栅进行仿真,仿真证明采用该方法设计的环形光栅可以很好地实现高反、高汇聚.采用这一方法,设计了直径为29.788μm的环形光栅反射镜,当垂直入射的径向偏振光从设计的环形光栅表面反射回来后将发生汇聚,汇聚焦点位于环形光栅表面10μm处.经计算,反射镜的数值孔径为0.8302,反射率为0.9163,在焦点所在的汇聚面上,汇聚光栅电场分布的半高宽为1.5548μm.     

Investigation of the mechanisms of formation of long-period gratings arc-induced in pure-silica-core fibres

We investigate the mechanisms of formation of long-period gratings written in a pure-silica-core fibre by using arc discharges. We show by simulation of transmission spectra of the gratings that their formation can be accounted for by the microdeformations induced in this fibre due to temperature gradients in the arc discharge. The measurement of the near-field intensity distribution confirms the asymmetry of the perturbation.     

用于位移传感器的全息平面变间距光栅设计与制作研究

简述了全息变间距光栅的几何理论.利用遗传算法对记录光路进行了优化计算，提出在目标函数中考虑记录参数误差的影响，推导了目标函数的积分形式，提高了计算效率.针对用于位移传感器的平面变间距光栅，分别计算了球面波干涉及球面波与非球面波干涉情况下的全息记录参数，给出了线密度误差曲线.制作出全息平面变间距光栅，并成功应用于位移传感器中. 关键词： 全息光栅 变间距光栅 遗传算法     

全息平面变间距光栅位移传感器研究

基于变间距光栅位移传感器的基本原理,研究了高线密度变化率全息平面变间距光栅的制作方法.所作的变间距光栅已应用在变间距光栅位移传感器中,原理样机测试结果表明,系统分辨率可以达到0.05 mm,相对误差可以控制在0.2% FS之内,优于设计指标.     

Self-imaging with curved gratings

We analyze the near field behavior of binary amplitude gratings which present a curved profile. This configuration has an important application in rotary optical encoders. This kind of encoders is used to measure the angular displacement between two different parts of the devices. To our knowledge, its behavior in the near field has not been analyzed yet. We have found that Talbot effect is produced but the period of the self-images and Talbot distances change as we separate from the grating. We have fabricated a curved grating and have performed the experiment to corroborate the behavior theoretically found. This fact could be useful in systems that use Talbot effect to measure displacements, since the mechanical tolerances grow.