柱面光栅色散特性及其应用

 基于椭球面光栅理论,提出柱面光栅概念,并对其衍射特性和集光本领进行研究。结果表明：在掠入射条件下凹柱面光栅具有与凹球面光栅相似的衍射特性,但凹柱面光栅可以方便地沿光栅母线方向划分成若干相同部分独立工作,因此,安装水平隔板的掠入射凹柱面光栅单色仪可以用于托卡马克等离子体的真空紫外（VUV）光谱时空分辨测量。     

全息柱面光栅的设计及其在立体显示技术的应用

根据傅里叶全息光学的基本原理与柱面光栅的分光特性,提出了用马赫-曾德尔光路制作柱面光栅的方法,用其实现图像的立体化.全息柱面光栅是全息术与图像立体化技术的有机结合,制作方法简单,具有一定的实用价值.     

双曲柱面透射光栅衍射的数值分析

建立了双曲柱面透射光栅的数学模型。由光程的定义导出平行光通过单个双曲柱面的复振幅透过率。用傅里叶光学方法得出双曲柱面透射光栅在频谱面上的光强分布表达式。使用MATLAB软件模拟出其衍射光强随双曲线半实轴变化的分布规律,得出的衍射花样与理论分析一致。最后从理论上指出双曲柱面透射光栅在光学领域的应用。     

柱面光栅角度分度系统精密轴系的设计

设计分析了柱面光栅精密角度分度系统中的主轴轴系,阐述了角度分度系统中双轴轴系的设计原理及结构组成,给出了相应的双轴零位对准方法及主轴角度分度测量方法。轴系经安装调试后,得到了当主轴转动一个周期时柱面光栅角度分度实验数据输出曲线。实验结果表明,该轴系达到了所要求的测角精度和分辨率。     

采用柱面光栅的照射型莫尔轮廓法

本文首先推导了采用圆柱面光栅的莫尔轮廓法的计算公式。提供了拍摄的实验照片以及利用本文所推得的公式通过计算机绘制的理论曲线,照片的判读数据和实验值比较一致。与一般的莫尔等高法的照片比较,采用柱面光栅的优越性在于增加了检测深度。     

基于液晶空间光调制器的光束变换研究

搭建了基于液晶空间光调制器的光束变换光路系统,介绍了一种通过编写程序来实现特定的光束强度分布的方法。利用MATLAB编写了闪耀光栅、菲涅尔透镜、环聚焦透镜、柱面菲涅尔透镜、小孔以及衍射调制板的灰度光栅图,并将其加载于液晶空间光调制器上,成功实现了光束变换。     

软X射线全息平焦场光栅的条纹弯曲现象及其对光谱分辨率的影响

软X射线平焦场光栅光谱仪是等离子体诊断的重要仪器,其核心光学元件全息平焦场光栅通常采用非球面波记录光路制作,因此光栅条纹存在弯曲的现象.光栅条纹的弯曲会影响光谱成像质量,从而影响系统的光谱分辨率.记录光路的优化,只保证光栅子午面的线密度分布,因此优化的记录光路并不是惟一的,所以在保证子午面的线密度分布的同时能制作具有不同弯曲程度条纹的光栅.针对应用于0.8—6 nm的全息平焦场光栅,利用光线追迹方法分析了不同弯曲程度条纹光栅的光谱成像,发现采用柱面反射镜制作的接近于直条纹的光栅具有较好的光谱成像质量.相对于弯曲条纹的光栅,接近于直条纹的光栅理论光谱分辨率有明显的提高,入射波长为3 nm时,光谱分辨率从626提升到953,入射波长为5 nm时,光谱分辨率从635提高到1222.     

复眼棱镜非接触光刻系统的设计

基于多线光源阵列光刻系统降低一个方向的衍射效应原理,设计出了用于光刻计量光栅的复眼棱镜非接触光刻曝光系统。此系统具有简单的光学结构,即将原来的二次成象变为一次成象,也就是说,用复眼棱镜组代替了复眼柱面透镜组和准直物镜组。为了扩展系统工作范围,还设计了几组柱面倍率透镜系统,这样就可以复制光刻出任意宽的光栅线条。     

消像散掠入射平场光栅谱仪及其在等离子体XUV光谱诊断中的应用

研制成一台由柱面反射镜和球面反射镜组成的掠入射前置光学系统和变间距球面光栅组成的掠入射平场光栅谱仪,它不仅有较高的效率和光谱分辨,调整方便,而且还具有在4.4nm～30nm波长范围里同时获得一维空间分辨光谱的能力.用该谱仪成功地获得了线聚焦激光产生的Si,Cu及其它元素的等离子体柱的轴向空间分辨光谱.该谱仪很适合与具有平直接收表面的光电探测器,如软X射线条纹相机等联用以获得时间分辨光谱.     

复杂分光仪器中的像差研究

为提高分光仪器的性能,采用两个椭球面镜和一个椭球面消像差光栅分光。光源发出的光线被第一个椭球面镜反射,产生特定的波前,经过光栅衍射以后,不同波长的光波被第二个椭球面镜汇聚到探测器的不同位置上。系统具有复杂的像差特性和成像特性,根据费马原理,参考第二代全息变线距光栅的制作光路和理论,建立坐标系,定义两个椭球面上的入射角和反射角,确定各元件的位置变量,确立基本几何关系,将光程函数分为两部分:由衍射引起的光程变化和几何位置引起的光程变化,将两部分都按级数展开,给出了高阶像差的解析形式。对于平面、柱面、球面光栅和反射镜也可以使用这些公式。像差的解析式和光路也可以用于各种分光仪器中。     

局域体全息光栅衍射的平面波与柱面波的波前转换研究

利用一维耦合波理论研究了入射方向相互垂直的一束平面波与一束柱面波干涉形成光折变局域体全息光栅的波前转换情况。给出了透射波和衍射波振幅的解析表达式。讨论了该局域体全息光栅的几何尺寸以及全息透镜的焦距对光栅衍射效率的影响。结果表明,随着光栅横向尺寸的增加,光栅的衍射效率也逐渐增加。然而,光栅的衍射效率却随着光栅纵向尺寸的增加而减小。全息透镜的焦距越长,光栅的衍射效率也越大。此外,分析了光栅的布拉格选择特性,该光栅具有非常好的角度选择特性。在平面波与柱面波干涉形成全息透镜的设计中,为了获得最优的衍射效率,应当根据要求合理地选择记录所用柱面波和设计光栅的几何尺寸。     

Narrow-bandwidth tunable bandstop filters with circularly cylindrical self-suspended silicon gratings

A circularly cylindrical self-suspended silicon grating (SSG) is proposed, and its reflectance spectrum is investigated by the rigorous coupled-wave method (RCWM). For TM incident polarization, when the grating period is tuned, numerical results by the RCWM reveal that the circularly cylindrical SSG possesses a tunable narrow reflectance bandwidth property in the optical telecommunication wavelength region. It is also demonstrated that both TM incident polarization and the circular grating cross section are easier to bring narrow reflectance bandwidth, compared with TE incident polarization and square grating cross section. Via a micro-electromechanical systems actuator, the proposed circularly cylindrical SSG is expected to serve as a narrow-bandwidth tunable bandstop filter in micro-optical telecommunication systems.     

基于Metasurface的柱矢量光束的产生

本文提出了一种基于Metasurface产生任意柱矢量光束的方法.采用的Metasurface是在熔融石英上刻蚀空间变化的非周期光栅构成.非周期光栅会形成空变的有效双折射,从而对光场的偏振态空间分布进行调制.通过琼斯矩阵的方法分析得出这样的Metasurface可以将入射线偏振光转换为柱矢量光束,并且只需要改变入射线偏振光的偏振方向即可获得高阶庞加莱球赤道上任意一点的柱矢量光束.最后,用Metasurface搭建了一套简单、高效的柱矢量光束产生系统,实验结果与理论分析一致.     

柱面镜对光栅自成像的旋转

本文运用傅里叶频谱分析方法，研究了柱面镜对光栅自成象的调制作用，发现光栅的自成象不仅周期和位置发生变化，而且产生了方向的旋转。文章分析了其旋转规律。     

Generalization of the Zhukovsky function to the electric field of gratings formed by tilted metallic strips

Analytic expressions describing the electrostatic field of a shutter grating are obtained by conformal mapping of a domain containing the shutter grating onto a domain containing a grating of cylindrical rods. These expressions are applicable for optimizing devices used for determining the parameters of charged particle flows and for analyzing the effects associated with focusing of particles to some thermonuclear targets and with the grid confinement of the plasma.     

Light-extraction enhancement and directional emission control of GaN-based LED with transmission grating

We theoretically analyze the improvement in light extraction efficiency (LEE) of GaN-based LEDs with transmission grating. Light propagation and extraction was simulated using the finite-difference time-domain (FDTD) method for conical, cylindrical, and hemispherical grating. The simulations show that the use of transmission grating leads to increase in the LEE of GaN-based LEDs. The enhancement in LEE is attributed to the decrease in the Fresnel reflection and the effective increase in the photon escape cone. The maximum LEE enhancement of 2.3 times was achieved by employing hemispherical grating. The directional emission pattern converged by employing conical grating.     

聚合物PMMA/DR1啁啾光栅耦合器的研究

从理论上分析出在一定条件下啁啾光栅输出耦合器具有较好的聚焦衍射光束的作用.实验上采用光漂白方法,利用两束激光在PMMA/DR1平面波导上所形成的干涉条纹来制备啁啾光栅,研究了这种啁啾光栅耦合器衍射光的聚焦效应,观测结果与理论分析基本相符.     

Volume grating preferential-order focusing waveguide coupler

A volume grating focusing waveguide coupler has been designed, fabricated, and tested. The volume grating is designed to couple a 633-nm wave guided in a single-mode polyimide waveguide preferentially into the air cover. The beam is outcoupled normally to the surface of the waveguide and focused to a line 25 mm above the waveguide. The slanted-fringe volume grating is holographically recorded by the interference of two coherent 364-nm ultraviolet waves focused with a cylindrical lens to produce the chirped grating. The 1-mm-long volume grating coupler exhibits a preferential-coupling ratio of 0.98, a coupling efficiency of 95%, and an almost diffraction-limited focal line with a full width at half-maximum of 10.49mum.