测量动光栅瞬时速度的有效方法

激光束通过双光栅衍射,衍射光束重叠形成光拍,光拍信号通过硅光电池进行光电转换,得到的信号电流的频率等于多普勒频移.信号电流经I/V转换、反函数电路和微分及计算电路运算后,可以确定多普勒频移,从而确定动光栅的运动速度.测量了音叉在换能器的作用下做微振动时动光栅的瞬时速度.     

激光双光栅法测微小位移中光拍信号波形改进

通过理论分析和计算机模拟方法,对激光双光栅法测微小位移实验中出现的不规则光拍信号波形,即“毛刺”现象进行讨论,提出了改进双光栅微振动实验的方法,并获得了好的结果     

双光栅弹性模量测量实验方法

利用磁耦合双光栅法动态测量了材料的弹性模量,采用电磁能非接触耦合样品激振,激光光拍法微振动非接触检测,使测试样品处于完全自由振动状态,通过激光光拍微弱振动位移测量了样品的固有频率,再通过测量几何尺寸和质量即可计算出样品的弹性模量.     

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。     

记录结构对体光栅各向异性衍射选择特性研究

以静态体光栅各向异性衍射理论分析模型为基础，将与体光栅厚度有关的记录光强调制度引入到各向异性耦合波方程中.利用耦合波理论分析了光折变晶体中体光栅的各向异性衍射性能，研究了在不同初始记录光强比的条件下，记录光入射角的改变对光折变体光栅各向异性布喇格衍射性能的影响.结果表明：记录光入射角和记录光初始光强比均对体光栅的各向异性衍射具有选择性；与此相比，记录光入射角和记录光初始光强比对于体光栅各向同性衍射不具备选择性.     

动态法测量固体材料的杨氏模量的一种新方法

结合双光栅对固体材料杨氏模量进行动态测量,激光通过达到共振的样品时,由双光栅将微弱的振动位移通过光拍信号放大,通过示波器输出拍频数,再利用Matlab对相应的拍频数和频率进行曲线拟合,确定样品的固有频率,从而得到一种测量固体样品的杨氏模量的新方法。     

平面光栅杂散光测试仪模型设计及消杂光技术研究

杂散光是平面光栅的重要性能指标,光栅杂散光的测量一直是光栅研制领域的难题。为实现仪器自身杂光低于10-8量级,以满足对平面光栅杂散光10-7量级的精确测量要求,基于标量衍射理论和经典Fresnel-Kirchhoff衍射理论,对光谱仪器中的光栅杂散光进行了理论分析,设计了平行光照射条件下光栅杂散光测试仪的光机模型。利用杂散光分析软件ASAP建立紫外单色光入射下光栅杂散光测试仪的散射模型并对其进行仿真计算,分析仪器杂光的主要来源及散射路径,据此提出了用于降低仪器散射光和光栅多次衍射光的挡光环、叶片、光阑、光学陷阱等四种杂光抑制结构。最后,采用ASAP软件对增加抑制结构前后的仪器杂光相对强度进行了对照分析。仿真及分析结果表明,仪器杂光在测试波长±100 nm范围内的最大值由采用杂光抑制结构前的10-6量级以上降低至10-8量级以下,已满足光栅杂散光测试仪的设计需求,即可实现刻线密度为300～3 600 gr·mm-1的光栅杂散光10-7量级精确测量。该研究方法及结果将为平面光栅杂散光测试仪研制提供理论依据。     

“激光多普勒效应测微振动”实验改进探析

针对"激光多普勒效应测微振动"实验中影响光拍波形的"毛刺"现象和给波形数计算带来误差的"包络"问题进行研究,通过改进实验装置消除"毛刺"问题,优化实验调整方法,减小"包络"问题。取得了较好效果,提高了实验精度。     

基于双光栅的马赫-曾德尔干涉仪的初步研制

设计和初步制备了基于双光栅的等臂和不等臂马赫-曾德尔干涉仪,两个衍射光栅分别用作光束分裂器和光束复合器.来自激光器的平行光束透过第一光栅后产生多柬衍射光,等臂干涉仪使用两个平面反射镜反射两束对称衍射光至第二光栅的同一位置并产生完全重合的衍射条纹,即每束衍射光包含两个成分.利用光探测器监测任一束重合的衍射光束,该光束两成分之间的相位差随时间的变化就能够被准确测定.而不等臂干涉仪仅使用一个反射镜反射某一束衍射光并使之与零级光束透过第二光栅后产生完全重合的衍射条纹.通过使用一个厚度为50μm的玻璃片来改变相位差,对不等臂干涉仪的干涉效果进行了测试,得到了与理论值相符的实验结果.     

基于适度光反馈自混合干涉技术的振动测量

光反馈自混合干涉技术是一种新浮现的有别于传统双光束干涉的一类新的测试技术。为了在适度光反馈下进行振动的精密测量,提出了一种基于适度光反馈自混合干涉技术的振动测量方法。经对光反馈自混合干涉信号条纹分析,发现通过选定合适的光反馈水平及激光器线宽展宽因数,可以得到锯齿干涉条纹。这种干涉信号不仅包含振动幅度信息也包含振动方向信息。该振动测量方法利用锯齿干涉条纹的特点,首先通过条纹记数实现大范围振幅粗测,具有半波长位移分辨力;然后基于适度光反馈下小数条纹的特点,给出了小于半波长位移测量的线性表达式,从而实现位移的精测。仿真计算表明,该方法可以实现大量程高分辨力振动位移测量,在叠加20 dB的噪声下,振幅测量相对误差平均为0.5%。     

用空间光调制器产生三维光阱阵列

本文提出了用液晶空间光调制器制作复合相位光栅、产生三维光阱阵列的新方案．在本方案中,首先将一维矩形光栅转变为能够产生纵向光阱阵列的环形光栅,再把环形光栅和二维矩形光栅组合成复合光栅．根据现有空间光调制器的技术参数,模拟仿真设计了产生5×5×5光阱阵列的光栅,以普通功率的高斯光波为输入光,正透镜聚焦衍射光,计算输出光强分布,结果表明：在透镜焦点附近获得具有很高峰值光强和光强梯度的三维光阱阵列,囚禁冷原子的光学偶极势达到mK量级,对原子的作用力远大于原子的重力．用大功率激光作为输入光波时,产生的光阱阵列也能用于囚禁Stark减速后的冷分子．     

光轴方向任意时光折变晶体中体全息光栅的衍射性质

利用坐标旋转方法和Kogelnik耦合波理论,建立了光轴方向任意时单轴晶体中体光栅布拉格衍射的耦合波方程,分析了Li NbO3晶体的光轴方向对光折变体全息光栅的各向同性和各向异性布拉格衍射性质的影响。模拟计算表明,在给定光栅的结构参量时,通过适当选择光轴方向角可以使得光折变体光栅的各向同性和各向异性布拉格衍射的衍射效率达到最大,给出了相应类型的衍射效率取得最大值时晶体光轴的大致方向。这些理论分析为光折变体全息光学器件的优化设计和进一步广泛应用提供了很好的理论参考依据。     

光栅平动式光调制器结构参量的优化分析

提出的光栅平动式光调制器是一种基于微机电系统(MEMS)工艺的光调制器,利用其表面具有的变形部分(可动光栅)提供衍射光栅,通过控制可动光栅的位移实现光调制器的两种工作状态,即亮态和暗态。根据衍射理论和傅里叶光学对光栅平动式光调制器工作状态的光学特性进行了详细的理论分析和仿真。重点讨论了可动光栅占空比、长度L1、垂直光栅周期方向上边框长度、光栅栅条宽度、整个器件的光栅周期数等对光调制器工作性能的影响。结果表明,可动光栅与反射镜的距离为入射波长的一半时,调制器工作在暗态;而当可动光栅向反射镜方向下移入射波长的1/4时,光调制器工作在亮态;要达到最佳的衬比度,需满足可动光栅的栅条宽度为光栅周期的一半,L1应该为光栅周期的整数倍;在不满足L1为光栅周期d的整数倍时,可动光栅在垂直于光栅周期方向上的边框越小越好;光栅栅条越宽、光栅周期数越多,衬比度越高。     

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。     

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.     

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.     

曝光剂量与体布喇格光栅衍射特性的研究

采用分振幅双光束干涉法和"二步法"热处理工艺,在光热敏折变微晶玻璃中制备了周期2.1μm的透射型体布喇格光栅,研究了不同曝光剂量与光栅衍射效率和角度选择性之间的关系.当曝光剂量逐渐增至为0.6J/m~2时,光栅的衍射效率最高达80.02%;随着曝光剂量的继续增加,光栅的衍射效率逐渐下降,并最终保持稳定.当曝光剂量达到1.5J/cm~2及以上时,光栅对测试光的吸收变化小于5%,此时光栅的衍射效率趋于稳定.曝光剂量的变化对光栅角度选择性没有明显的影响.分析结果表明随着曝光剂量增大,光栅中的含银胶团对532nm测试光的吸收加剧,从而使透过的衍射光强减弱,出现衍射效率降低的现象.     

双光束干涉中偏振态分布的演示实验

光的干涉现象是波动过程的基本特征之一,是波动光学研究的主要内容.相干条件说明光波的偏振态对光的干涉效应有影响.为了让学生更好地理解光的干涉过程中偏振态的影响,本文设计了一种全息记录光路,利用一种对激发光偏振态敏感的偶氮染料样品,演示了样品经过不同偏振的两束特定波长写入激光作用后,可以观察到写入光和探测光的衍射现象.这些衍射现象说明样品中可以形成的不同类型的折射率光栅,而这些折射率光栅来源于样品表面不同偏振态的周期分布导致的染料分子的周期取向分布,从而形象地说明了光的干涉过程中相位差的重要性,有助于学生对光的干涉的深入理解.     

用计算机研究光的多缝衍射

依据光栅衍射理论，利用计算机的计算功能和作图功能对光的多缝衍射实验进行了模拟．由于采用了面向对象的编程语言C＋＋，使得软件的使用非常简单，只要任意设定实验的参数，计算机就会快速地绘出各种复杂的衍射图线，并准确地再现光栅衍射的现象及规律．便于对光的干涉和衍射现象进行深入的研究。     

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。