反射式单级衍射光栅

介绍了单级衍射光栅的发展趋势, 从理论上论证了单级衍射光栅的可行性, 引入了一种新型衍射光学元件—-准正弦反射式单级衍射光栅(QSRG). 它能有效抑制高级衍射, 可用于提高光谱系统的信噪比和精度. 而通过QSRG的实验结果也验证了此新型色散元件确实具有良好的单级衍射特性, 二级及以上的高级衍射被有效地抑制, 与理论预测几乎一致. 本文的结果可望在反射式光谱测量系统中得到广泛应用.     

准随机矩形孔阵列透射光栅

自支撑透射光栅的周期加强筋结构在降低光栅的通光面积、减少光栅衍射效率的同时, 也影响了光栅原有的衍射模式, 致使其应用更加复杂. 为了应对这一问题, 作者提出了利用在高Z材料薄膜上准随机排布矩形孔实现自支撑透射光栅的技术方法. 理论分析与实验结果表明, 利用新方法制作的透射光栅较好地摆脱了周期性加强筋对透射光栅衍射模式的强加干扰.     

高损伤阈值矩形石英闪耀光栅的设计分析

 采用模态法分析了矩形亚波长石英闪耀光栅的设计原理,给出了1.06 μm工作波长的矩形亚波长石英闪耀光栅的设计示例。研究表明,要设计性能优良的-1级透射闪耀光栅,应使0/1阶传输模的累积相位差为π的奇数倍。设计的透射闪耀光栅能够使TM偏振光和TE偏振光获得近100%的-1级衍射效率,且具有较大的加工容差,较宽的入射波长和入射角变化适应范围。     

透射光栅衍射效率研究

透射光栅广泛应用于 X光能谱测量 ,为获得定量的 X光能谱 ,首先在北京同步辐射源上对透射光栅的衍射效率在多个入射 X光能量点进行了实验标定 ,获得了透射光栅衍射效率的实验结果。为模拟透射光栅衍射效率实验标定结果 ,发展了一个新的透射光栅衍射效率计算模型 ,该模型不同于国外已发展的矩形栅线模型和梯形栅线截面模型 ,而是假设透射光栅栅线具有准梯形截面。模型计算结果与实验标定结果符合很好。     

基于傅里叶光学原理的新型凹面光栅衍射效率测量方法

凹面衍射光栅兼具色散分光与光束聚焦功能,同时具有像差校正、低杂散光、无鬼线和高信噪比等优势而受到光谱仪器领域的广泛关注。衍射效率作为凹面光栅最重要的技术指标之一,其测量技术水平逐渐成为光谱仪器行业最为关注的课题之一。传统方法一般采用双单色仪结构实现凹面光栅衍射效率的测量,该方法主要存在两方面问题,一是测量标准反射镜和待测光栅的出射光谱带宽不同,二是光栅叠级、杂散光的影响;上述问题的存在降低了高性能凹面光栅衍射效率测量的准确性。本文提出了一种基于傅里叶光学原理测量凹面光栅衍射效率的新方法;针对该方法建立了凹面光栅衍射效率测量的数学模型,并采用光学追迹和傅里叶光学方法相结合对其进行了仿真分析,从而验证了该方法的正确性;针对动镜横移误差、倾斜误差、光源稳定性、动镜运动距离误差等因素影响凹面光栅衍射效率测量精度的问题,提出引入辅助探测器的方法来进一步提高衍射效率测量精度,并对有无辅助探测器情况下的上述误差对衍射效率的影响进行了数学推导和仿真分析,分析结果表明引入辅助探测器可以有效抑制了上述误差对凹面光栅衍射效率测量的影响。对比传统双单色仪测量方法而言,该方法不仅能够解决传统测量方法存在的问题,同时还具有多波长同时测量、高光通量、高分辨率、高波数精度等优势,可以有效提高凹面光栅衍射效率的测量精度和测量效率。     

透射光栅的实验标定和衍射效率的理论模拟

透射光栅广泛应用于软X射线能谱测量.为了获得用于惯性约束聚变研究的透射光栅的各级衍射效率及其他参数,在北京同步辐射源上200—1600 eV能量范围内对其进行了标定,获得了透射光栅衍射效率的实验结果.扩展了透射光栅衍射效率的计算方法,提出了7边准梯形截面衍射效率计算模型.分析拟合了实验数据,理论结果与实验结果很好符合.得到了7边准梯形的透射光栅栅线截面结构. 关键词： 透射光栅 衍射效率 实验标定 光栅模型     

矩形光栅的衍射特性

本文采用严格的一阶耦合波理论,对矩形光栅的衍射特性进行了分析,给出了TE模和TM模同时具有很高的衍射效率时的光栅结构。计算表明:只有在满足Bragg衍射条件时,TE模和TM模才能达到峰值衍射效率。为了验证理论与编制程序的正确性,将计算结果与已有的资料进行了比较.     

高密度光盘存储中的梯形光栅设计和误差分析

为了符合实际加工情形，推导了梯形相位光栅衍射效率，与矩形光栅作了比较，设计其用作高密度光盘存储光学头分光束器件时的各参数，并分析推导了系统和随机加工误差对光栅性能的影响及设计原则。     

矩孔金属光栅矢量模式理论的数值计算

根据矩孔金属光栅的矢量模式理论，计算了不同入射方向，波长及偏振态情况下衍射场的分布，研究了不同光栅结构对衍射效率，偏振态变化的影响；同时，根据实际需要，加工制作了一批不同深度的矩孔光栅样品，进行了实验测量，并将计算值与实验值进行了比较，两者基本相符。     

高线密度X光透射光栅衍射效率

高线密度X光透射光栅是各种高分辨光栅摄谱仪的核心色散元件,为了获得较高的光谱分辨率,工作在2~5 keV能区的光谱仪需要使用5000 l/mm的X射线透射光栅。为了获得光栅的绝对衍射效率,采用同步辐射光在多个能点对5000 l/mm的X光透射光栅进行衍射效率实验标定,通过光栅相对衍射效率拟合获得了光栅结构参数,与光栅结构测量结果非常接近。然后,采用衍射效率的矩形栅线模型,计算得到了光栅的绝对衍射效率。     

超表面上表面等离激元波的光栅衍射行为研究

本文利用严格数值仿真研究了550~700 nm波段的可见光通过金属光栅耦合方式激发的表面等离激元(SPP)波在金属表面的光栅衍射行为与现象。研究结果表明:SPP波在金属表面的衍射行为与自由空间光相比有极大不同,由于SPP波的近场属性,经金属光栅衍射后在近场可表现出明显的光栅分光现象,但经过一段传输距离后则分光现象消失而表现为不同级次的光合为同一束光;在近场衍射情况下,其情况与自由空间光衍射行为类似,对SPP亚波长金属光栅来说同样只有零级透射光;而当金属光栅周期大于SPP波长时,高级衍射级次则开始出现。研究结果对下一步在金属表面上实现微米级片光谱仪器具有重要借鉴意义。     

Extending the detection range of optical vortices by Dammann vortex gratings

We report a 2D static binary phase Dammann vortex grating that combines the features of a conventional vortex grating and a Dammann grating. This grating uniformly distributes energies among the diffraction orders, so the low-efficiency problem at higher diffraction orders of conventional vortex gratings is resolved and the detection range of the optical vortices (OVs) is greatly increased. Experimental results of OV detection using a fabricated 5×5 Dammann vortex grating are given, and the topological charge detection range from -12 to +12 is achieved. The potential applications of such gratings include transmitting, receiving, and multiplexing OV beams in optical communication systems.     

高密度相位光栅的偏振选择性

高密度光栅具有与传统光栅不同的性质,其衍射特性往往是偏振相关的。本文针对1550nm波长TE/TM偏振入射光和0.5的光栅占空比,利用严格耦合波分析数值计算了不同光栅周期下0级及-1级的衍射效率。研究表明,相比周期为1550nm的光栅,当周期为1200nm时,偏振相关衍射效应明显增强,当光栅周期为890nm时,TE偏振光的衍射效率随着光栅深度呈正余弦变化,而TM偏振光的衍射效率始终集中在0级,具有偏振选择性。通过模式方法,利用模式中的有效折射率概念,研究了不同周期下被入射光所激发的两种光波模式通过光栅区域传播所累积的相位差;基于双光束干涉,模拟了0级和-1级的衍射效率。结果表明,利用严格耦合波分析的数值计算结果符合模式方法的理论预期,对于高密度相位光栅的偏振选择性给予了合理的物理机制解释。     

A gradient method for design of multiorder varied-depth binary diffraction gratings

A method for the design of perfectly conducting varied-depth binary diffraction gratings is proposed. The design uses the rigorous modal expansion method and is based on the gradient search algorithm for optimization of grating structure from the condition of the generation of a desired array of diffraction orders. The designs of varied-depth binary gratings with equal order intensities are reported with an efficiency of more than 90% and root-mean square errors of 2–7%.     

光栅周期包含的Bragg层数对Bragg型凹面衍射光栅的影响

单个衍射光栅周期所包含的Bragg周期层数是连续Bragg齿型凹面衍射光栅的主要参数之一,该参数可改变光栅齿结构,对凹面衍射光栅的分辨力.自由光谱范围及衍射效率有重要影响.本文通过理论分析与仿真模拟,对比了4种不同层数的Bragg型凹面衍射光栅的特性参数.研究结果表明:在衍射光栅尺寸不变的情况下,改变单个光栅周期包含的Bragg周期层数不会显著提高器件主衍射级次的分辨力;单个光栅周期包含的Bragg周期层数与光栅可衍射的级次数成正相关.单周期层数的Bragg凹面衍射光栅的主衍射级次效率最高,其可衍射的级次数最少,且其他衍射级次分散的能量最少;增加单个光栅周期所包含的Bragg周期层数会降低主衍射级次的自由光谱范围.该研究对于设计低插损、高分辨率、宽工作波段的波分复用器或光栅光谱仪具有重要的指导意义.     

Light scanner based on a viscoelastic stretchable grating

We present a new technique for light scanning by use of viscoelastic-based deformable phase diffraction gratings. Mechanical stretching of the grating permits control of its spatial period, and thus the orders of diffraction can be spatially deflected. In the experiments the viscoelastic gratings with triangular and rectangular profiles have been characterized at lambda = 633 nm. It is demonstrated that the reversible elongation can exceed 20% of the initial length. For the triangular profile grating, the diffraction angle of the first order changed from 6.6 degrees to 5.4 degrees while the diffraction efficiency remained almost constant at approximately 17%. Dynamic scanning of a laser beam at frequencies of approximately 1 kHz is demonstrated by use of electromechanically driven viscoelastic gratings.     

Simplified processing and characteristic investigation of DCG holographic elements

In this paper,the simplfied procedures of processing dichromated gelatin(DCG)holographic optical elements(HOE's) are presented.Both diffraction efficiency and transmis-sion of DCG grating made by the procedures have been achieved up to 97%.The diffractioncharacteristics of the DCG gratings are measured and analysed,the applications of DCG grat-ings with high quality are also discussed.     

DCG全息元件的简化处理及特性研究

本文提供了重铬酸明胶（ＤＣＧ）的一种简化处理步骤，最高衍射效率和透明度均达９７％，测量和分析了处理后ＤＣＧ光栅的衍射特性，讨论了高质量ＤＣＧ全息元件的应用。     

"之"字形光栅衍射特性的数值模拟研究

新近提出的光学色散元件"之"字形光栅具有优越的衍射特征,在光谱测量和分析中具有重要的应用价值.本文基于卷积定理,采用一种新的数值计算方法对应用于X射线波段的"之"字形光栅的衍射模式进行了模拟计算,并将其衍射模式与传统光栅以及正弦光栅的衍射模式进行了比对研究,结果表明:"之"字形光栅可以将高级衍射抑制到低于一级衍射四个量级的水平,具有比传统光栅优越得多的衍射模式,与理论预期结果一致.在此基础上,又分析了实际应用过程中吸收体对X射线的吸收情况给"之"字形光栅衍射模式带来的影响,最终证实了"之"字形光栅具有较强 关键词： 之字形光栅 卷积定理 衍射模式 光谱测量     

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。