基于数字微镜器件的多通道C波段可调谐光纤激光器

可调谐光纤激光器可广泛应用于光纤通信、光纤传感、激光光谱、精密测量和激光加工等诸多领域。针对目前可调谐激光器在调谐性、灵活性、稳定性和多波长功率均衡性等方面的不足,提出一类新型的基于数字微镜器件(DMD)的多波长宽带可调谐光纤激光器。该激光器利用关键器件DMD作为波长调谐器,掺铒光纤作为激光增益介质,通过巧妙的光学设计,实现仅利用一块DMD芯片独立、灵活、稳定调谐多波长激光输出的目的。该激光器具有3个输出通道,各通道之间独立开关控制,每个通道均可实现波长在1530~1560nm之间的连续可调谐输出,波长调谐精度0.055nm/pixel,边模抑制比大于55dB,激光输出功率最大值为10mW,2h内的中心波长漂移小于0.02nm。     

楔块调整式Talbot干涉仪改变写入Bragg波长的调谐误差

在楔块调整式Talbot干涉仪中,光纤Bragg光栅的写入区为直接由相位模板衍射的±1级衍射光束形成的干涉条纹的近场干涉区,和由±1级衍射光束经两平面镜反射后形成的可调谐写入Bragg波长的干涉条纹的远场干涉区。在改变写入光纤光栅Bragg波长的过程中,光纤光栅的Bragg波长是由平面镜的交叉角决定的,而且,影响调谐精度的三种主要因素被控制在光纤光栅生产允许的范围内,即推动机构的位移误差系数Cd为～-0.08nm/μm,楔块的倾斜误差系数Cα为-0.15～0.23nm/(′),和转动机构的传动角误差系数Cβ为～-0.08nm/(′)。     

基于级联光纤Bragg光栅的外腔半导体激光器三波长同时激射

实现了使用3个级联的光纤Bragg光栅外腔半导体激光器3波长同时激射.3条谱线的峰值波长取决于光纤Bragg光栅的峰值反射波长,分别为1 531.5 nm、1 549.4 nm与1 554.8 nm.注入电流为52 mA时,激光器总输出功率为1 mW.该激光器的主要优点包括,由于输出波长被锁定在光纤Bragg光栅的Bragg波长上,因此输出波长稳定,谱线窄,成本低.可应用于多波长干涉测量以及全光通信等领域中.     

台阶光栅衍射的傅里叶分析

提出了一种台阶光栅模型 ,并应用傅里叶光学方法推导出了反射式衍射光强的表达式。分析计算了衍射光强随台阶数、入射波长、衍射角和轮廓角 (闪耀角 )的变化关系。结果表明 ,台阶光栅能起到闪耀作用 ,台阶对衍射强度分布有影响 ,但不改变衍射光极大值的位置 ,随台阶数的增加 ,能量逐渐向闪耀方向集中。当台阶数等于 8时 ,其衍射效率可接近三角形闪耀光栅的衍射。台阶光栅衍射的傅里叶分析对光栅制作有一定的指导意义     

光纤激光器频谱组束的理论研究

 建立了由光纤激光器阵列、薄透镜和衍射光栅组成的频谱叠加理论模型，基于高斯光束的变换和衍射理论，推导出远场光强分布的关系式，探讨了系统参量的优化设计并进行了数值模拟。结果表明：当中心波长激光器的-1级干涉主极大与槽面衍射主极大重合、零级干涉主极大刚好落在槽面衍射的+1级零值极小上、其它波长激光器的-1级干涉主极大与中心波长激光器的槽面衍射主极大重合时，输出光束的衍射效率较高；当光栅平面法线与薄透镜光轴的夹角为衍射光栅槽形角的一半时，输出光束的半角宽度较小。     

高衍射效率亚波长结构Dammann光栅的设计

传统的Dammann光栅是基于标量衍射理论设计的二值相位等光强分束器件，其衍射效率的典型值为80%左右.基于严格耦合波分析理论和遗传算法，提出了一种设计亚波长结构Dammann光栅的新方法，且该新型二值相位光栅具有较高的衍射效率.同时利用自编的仿真程序包设计了多个光栅，并分析了制作误差对其衍射效率和光强均匀性的影响.仿真结果表明，用该方法所设计的Dammann光栅的衍射效率超过92%.     

光折变相位栅的衍射性质

基于前向四波混频模型，在弱读出光强和强读出光强两种情况下，以及光折变相位栅相对干涉条纹的空间相移为任意值的条件下，给出了光折变相位栅的衍射效率的解析表达式。 关键词：     

基于可调谐激光器的局部放电光纤法珀传感器

针对局部放电测量中的光纤法珀传感器,研究了其工作点稳定和提高灵敏度的参数优化方法.通过改变可调谐激光器的波长稳定了传感器的工作点.用激光器波长调谐范围确定腔长,令玻璃薄板的反射率为1,根据单模光纤对高斯光束的耦合特性和多光束干涉原理,通过迭代算法得出光纤端面的最优反射率.基于波长调谐范围1530~1565nm的可调谐激光器,制作了自由光谱范围28nm,腔长43μm,玻璃薄板反射率大于0.97,光纤端面反射率0.52的法珀传感器.经实验测试,法珀腔光损耗为10%,条纹对比度为1.实验结果表明,基于可调谐激光器的传感器工作点稳定,可测试最小局放声压约为1Pa,达到实用要求.     

基于偏振依赖多模-单模-多模光纤滤波器的波长间隔可调谐双波长掺铒光纤激光器

报道了一种具有全光纤结构的双波长掺铒光纤激光器,该激光器的核心器件为一款新型的多模-单模-多模光纤干涉滤波器.该滤波器通过一段偏振保持光纤引入偏振依赖相位差,因而其干涉滤波效果具有良好的偏振依赖特性.入射抽运功率为50 mW时,系统输出激光波长为1544.82与1545.61 nm,波长间隔0.8 nm,双波长激光边模抑制比均大于45 dB,输出峰值功率差小于1 dB,功率波动在0.7 dB以内.通过调整腔内的偏振控制器,可实现双波长间隔的连续可调谐输出,波长间隔的调谐范围为0—3 nm.输出信号的偏振态测试结果显示,系统保持精准的单偏振输出,并且在不同的调谐条件下,双波长激光表现出不同的偏振特性,当双波长激光的偏振状态相互正交时,系统的偏振消光比达到35 dB,整体调谐过程表现出良好的偏振稳定度.     

改变写入Bragg波长的干涉条纹运动的扫描式Talbot干涉仪

一种干涉条纹运动的扫描式Talbot干涉仪被用于改变光纤Bragg光栅的写入Bragg波长。在系统中,光纤光栅是由来自相位掩模的±1级衍射光经平面镜反射后在远场形成紫外干涉条纹写入的,其中,相位掩模被用作±1级衍射光的分束器。值得注意的是通过干涉条纹的运动来扫描写入光纤光栅,有效降低了Talbot干涉仪对写入光源相干性的要求。     

适用于宽带光的闪耀光栅衍射强度分布规律研究

变栅距光栅线位移传感器是一种新型波长编码位移传感器,为进一步提高传感器波长解调的精度和减小光源的体积,提出适用于全工作波段的恒定闪耀角变栅距光栅结构。首先采用经典光学的方法推导出变栅距闪耀光栅衍射强度分布公式,从理论上证明该光栅结构可实现在全工作波段提高变栅距光栅线位移传感器衍射光强。此外,制作出变栅距闪耀光栅样件证实了工艺可行性。在相同的条件下,对一组参数相同的闪耀光栅和矩形槽形光栅进行了衍射光强比对实验,得到变栅距闪耀光栅的衍射光强约为矩形变栅距光栅的衍射光强的1.7倍,并与按此衍射光强分布公式计算的结果一致。     

投影系统中DMD衍射效率的研究北大核心CSCD

数字微镜阵列(DMD)作为空间调制元件常用于投影光学系统,入射光为长波红外时产生的衍射效应会影响进入系统的能量分布,该文主要讨论光源入射角度对衍射效应的影响,将DMD作为闪耀光栅模型,研究其在长波红外波段产生的衍射效应。从光程差的角度分析在主、副对角线分别处于“开态”情况下的衍射效应,发现衍射效应与入射角度有关;将DMD作为闪耀光栅模型,采用矢量衍射理论计算7.7μm~9.5μm波段下DMD处于“开态”下的衍射效率。计算结果表明:当TM偏振光以44°角照射时,1级衍射达到闪耀状态,衍射效率可达到70%。     

数字微镜器件的相位调制性质

为了提高数字微镜器件(DMD)的空间光调制性能,发挥其在光信息处理中的作用,研究了的数字微镜器件相位调制性质。通过分析数字微镜器件的微观物理结构,考察了数字微镜器件的光栅特性;从计算的角度研究了其对相干光波的相位调制,并给出数学描述和实验结果。重点研究了数字微镜器件的衍射光栅特性,分析了其工作原理及微镜偏转导致的镜片空间相对位置的改变,利用闪耀光栅理论计算了偏转微镜间的相位差,得出了数字微镜器件光栅的闪耀规律,实现了闪耀状态。提出了利用不同方向的微镜列状态研究数字微镜器件相位调制性质的方法,推导和模拟了关于数字微镜器件的微结构和工作原理,在数字微镜器件光调制研究方面提供了一些结果,对数字微镜器件在信息光学中的更广泛应用有一定意义。     

等腰闪耀光栅的相位补偿设计

设计了一种新型同面相位补偿型等腰闪耀光栅。等腰设计保证了正负衍射级对称分布在光栅法线两侧;通过优化设计同面相位补偿槽的大小,可使衍射能量向中间级次转移,只保留两个衍射极大值方向,抑制0级和高衍射级能量分布,避免能量的浪费．而且降低了高衍射级次光线因刻线阻挡导致的散射噪声,解决了加工对准与多次衍射的难题。通过理论建模和计算机仿真．分析了与反面相位补偿等腰闪耀光栅的差异,绘制了典型的衍射光强分布图。另外,还探讨了这种新型等腰闪耀光栅的灰度掩模二元光学加工方法。     

等腰闪耀光栅及其在非对称双光栅位移测量中的应用研究

本文简述了非对称双光栅位移测量的原理和特点,针对其中存在的一些问题,设计了一种新型透射式位相光栅———等腰闪耀光栅。文中导出了等腰闪耀光栅在垂直入射时的光栅方程和衍射光强分布公式,并通过计算机仿真,得到了衍射光强的分布图。最后探讨了等腰闪耀光栅在非对称双光栅位移测量中的应用     

基于数字闪耀光栅的位相全息图光电再现优化

针对利用液晶空间光调制器（LC-SLM）进行全息图光电再现过程中,再现像面存在多级衍射像造成单一像能量利用率低的问题,提出了一种在位相全息图中加载数字闪耀光栅的方法,以提高全息图光电再现中单一衍射像的衍射效率.分析了闪耀光栅作为衍射光学元件的特性及其对光波进行位相调制的原理,并阐述了在LC-SLM中加载数字闪耀光栅对位相全息图光电再现时像面能量分布的影响.搭建了基于LC-SLM的位相全息图光电再现实验系统.理论分析表明：在其他条件不变的情况下,加载竖直（或水平）槽向周期为2 pixels的数字闪耀光栅可使 关键词： 全息光电再现 位相全息图 数字闪耀光栅 液晶空间光调制器     

数字微镜器件制造精度误差对紫外光调制特性的影响

数字微镜器件（DMD）的能量利用率对于提高无掩膜激光直写系统的效率十分重要。对DMD在相干光照明下的相位调制特性进行数值和实验分析,发现同种型号DMD在出射0级光垂直于微镜表面角度入射情况下的衍射图样,其光能量分布各不相同,有0级光强占总光强27.2%的情况,也有零0级光强占总光强13.1%的情况,理论计算表明,DMD的微镜偏转角存在1的误差可以使DMD衍射0级的衍射效率在极大和极小之间变化。这一结论对于选择高能量利用效率的DMD有重要参考价值。     

1000线/毫米软X射线自支撑闪耀透射光栅的设计与制作

基于标量衍射理论讨论了软X射线自支撑闪耀透射光栅的特性并设计了光栅的结构参数. 采用全息光刻和湿法腐蚀技术, 成功制作了周期1 μm、占空比0.1---0.2、高宽比约100、栅线厚度10 μm、 有效面积比为65%的自支撑闪耀透射光栅. 单元尺寸为15mm× 15mm的硅绝缘体上含有四个5 mm× 5 mm的自支撑闪耀透射光栅窗口. 在国家同步辐射实验室检测了该光栅在5---50 nm波长范围内的衍射效率. 波长扫描测量结果表明, 闪耀效应明显地发生在类似镜面的光栅侧壁镜面反射方向上, 闪耀级次位置及其特征与标量理论预测的一致. 衍射效率的实测结果基本与理论模拟符合, 只是因光栅结构上的缺陷致使衍射效率偏低, 峰值只有理论值的38---49%. 实验结果证明了闪耀透射光栅的概念和湿法制作工艺的可行性.     

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。     

小角度衍射噪声光栅滤波方法研究

针对因衍射等原因引起的小角度差光噪声信号,探讨了利用闪耀光栅的2级闪耀,实现角度差放大,提高空间低通滤波器适应性的滤波新方法。理论分析和模拟仿真表明,对于小于5°的角度差,可实现3倍以上放大。放大所需闪耀光栅的频率与入射单色波长成反比,波长越长,所需光栅频率越低。与正的斜入射角相比,负斜入射角度差的放大倍数更大。当负斜入射角超过一定值时,会因为全反射角的限制而导致斜入射2级闪耀不存在,只保留了有效信号的2级闪耀,滤波效果更好。