具有消像差和光程补偿功能的新型取样光栅

 在惯性约束聚变(ICF)终端光学聚焦系统中,采用取样光栅将透射的高功率三倍频光按约0.5%的效率进行聚焦采样,送入能量计中进行诊断。提出了用取样光栅对结构取代单取样光栅,通过合理选择系统参数,包括两块光栅的距离、光栅倾斜角度等,设计出的消像差取样光栅可同时进行能量诊断、光脉冲响应测量、以及远场光斑质量的检测。计算结果显示：光程差从8.3 cm降低到8.7 mm,像点的均方根半径为0.777 μm,达到衍射极限和使用要求。这为ICF系统中激光能量、波前畸变的诊断提供了一种可供选择的新诊断装置。     

全息波导显示系统中输出光栅的优化

全息波导显示系统中输出光栅的衍射效率、位置和长度对整个显示系统的光强输出均匀性及能量利用率有重要的影响.通常输出光强均匀性由输出光栅的衍射效率决定,能量利用率受多重光栅的位置和长度影响.本文以中心视场光束的输出光强均匀为目的,对相应输出光栅衍射效率的位置分布进行优化与曲线拟合,得到输出光栅衍射效率随输出位置连续递增的分布曲线,并应用到所有视场光束.计算结果表明,相比于传统阶梯状衍射效率分布输出光栅,全息波导显示系统中采用具有连续衍射效率分布输出光栅时的光强输出均匀性得到明显提升.针对部分衍射光束未能进入出瞳的现象,提出错位优化法,按照出瞳大小和使用距离优化各重输出光栅的位置和尺寸,减小了光栅的无效衍射区域,提高了出瞳范围内的能量利用率.     

用光栅的正负一级能量之比测体积相位全息光栅参量

提出利用光栅衍射级次正负一〖WTBX〗级的能量之比(w+1/w－1)，结合模拟退火优化算法来反演出光栅参量的一种方法.用正负一级的能量之比来弱化实际光栅表面存在的粗糙、周期畸变、介质折射率分布不均匀等误差，保证光栅参量的准确反演.在反演体积相位全息光栅参量的实验中，反演出的光栅参量与真值的误差不超过1%.证明了该法的正确性和可行性.同时此方法具有非破坏性，测量简单，操作方便，稳定性好等特点.     

非线性光纤光栅在禁带内对光脉冲压缩的机制

研究了非线性光纤光栅在禁带内对光脉冲的压缩机制，结果表明这是一介储能－调出禁带的过程，入射脉冲首先在光纤光栅中激发能量密度波包，它是有限长光纤光栅中的准孤立波，其在光纤光栅输出端的能量损失形成输出脉冲，并决定了输出脉冲的脉宽和峰值功率。在脉冲压缩过程中，自振荡效应可以导致输出脉冲的分裂，利用这种效应可以提高脉冲压缩比。     

氮化硅片上光栅耦合器的优化和实验

在785 nm激励的拉曼片上传感器结构中，氮化硅片上光栅耦合器的性能直接关系到激励光的耦合效果。首先建立了光栅耦合器的二维、三维结构模型，采用时域有限差分（FDTD）仿真软件对光栅耦合器进行数值分析。以耦合效率为主要性能指标，分析了光源入射角度、光栅常数、光栅高度、填充因子和光栅刻蚀深度各参数的影响。采用电子束光刻法制备了光栅耦合器。最后，对三维全刻蚀聚焦波导光栅耦合器进行了测试。结果表明，二维波导光栅耦合器的性能最好，其耦合效率可达39.64%，三维全刻蚀聚焦波导光栅耦合器在实际测试中的耦合效率能达19.91%。光栅耦合器能有效将光耦合进波导中，在波导传感中具有潜在的应用。     

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。     

800nm高能量飞秒激光脉冲刻写长周期光纤光栅机理

基于800nm飞秒激光脉冲对标准单模光纤采用非载氢技术刻写长周期光纤光栅的机理进行了研究.搭建了水平、垂直双CCD视频监控的飞秒激光脉冲逐点刻蚀长周期光纤光栅系统,研究了光栅长度、激光脉冲能量和光栅占空比等参数对光栅光谱特性的影响.研究结果表明,当光栅周期长度不变,光栅周期数和激光脉冲能量的变化使光栅谐振峰强度发生变化,光栅透射谱是单峰的;光栅占空比的改变导致光栅谐振峰由单峰转变为多峰.在谐振波长1 540nm处,得带谐振峰强度达到15dB、带外损耗不足2dB,在3dB衰减处带宽为15nm的谐振透射谱.     

拼接光栅机械形变对远场光强的影响

分析了将多块较小的光栅使用机械拼接的方式制成超大面积光栅,能解决大面积光栅目前无法整块生产的情况,在实际拼接中光栅会出现很微量的应力变形。根据拼接光栅通常的形变特点,采用标量衍射理论建立了光栅形变的理论模型,并就两块光栅拼接的情况进行了计算和分析,发现形变同拼接误差一样,会对光栅的远场光强产生负面影响,微小的变形量都对远场光强造成破坏,因此对衍射光场的影响不可忽略;获得了光栅机械形变的容限;最后给出了预防形变的措施:可着重减小y方向上约束,并使用多层介质膜光栅降低光栅对能量的吸收。     

单程拼接光栅压缩池系统中光栅缝隙的衍射效应

利用傅里叶光学方法，建立了一个基于远场的高斯光束数学模型.该模型能够分析单程拼接光栅压缩池系统中拼接光栅的缝隙对远场时空特性的影响.数值模拟得到了不同系统参数时远场时空特性关于缝隙宽度的变化曲线.揭示了光栅缝隙对远场的影响规律：对于双光栅拼接的压缩池系统，若只是压缩池中第二块光栅为拼接光栅，则光栅缝隙导致远场时域略微变窄；若压缩池中的两块光栅都是拼接光栅，则缝隙导致远场时域展宽或者变窄，依赖于入射脉冲的傅里叶变换极限型脉宽大小；光栅缝隙对于远场强度分布的影响是导致中央主峰能量下降，并且出现两个子峰，子峰的峰值随缝宽的增大而增大.     

介质光栅导模共振耦合波分析

导模共振是由于光栅介质内高级次子波耦合进光栅所支持的泄漏模中,导致传播波能量重新分布的结果.采用严格的耦合波方法,通过分析波导的导波模式,正确估计出弱调制介质光栅导模共振的位置.并对导模共振与光栅厚度、基底厚度以及入射角的关系作了讨论.通过采用抗反射设计,获得了具有对称、低旁带特点的窄带共振峰 关键词： 导模共振 耦合波     

啁啾sinc取样光纤光栅研究

提出了一种特殊的取样光纤光栅：啁啾sinc取样光纤光栅.研究表明,对于均匀光纤光栅进行啁啾sinc取样,可以实现色散斜率补偿和获得精确的反射波长数控制;对啁啾光纤光栅进行啁啾sinc取样,则能够实现色散和色散斜率的同时补偿,并且可以进行精确的波长数控制及获得各信道一致的反射率.利用啁啾sinc取样光纤光栅,可以对各种传输光纤进行色散和色散斜率的补偿.     

非啁啾取样光纤布拉格光栅反射峰值波长的分析

推导并验证了非啁啾取样光纤布拉格光栅(SFBG)反射谱中反射峰值波长的表达式。基于种子光栅中心波长对应的折射率调制深度和取样光纤布拉格光栅折射率调制函数的傅里叶级数展开式,提炼出取样光纤布拉格光栅的折射率调制深度和各阶光栅周期,从而导出其反射峰值波长的表达式。由于考虑了占空比、取样周期等取样光纤布拉格光栅的结构参量,因而表达式能够描述反射峰的分布。仿真实验中,不同占空比或取样周期下计算出的反射峰值波长、信道间隔符合数值反射谱。该表达式既适用于均匀取样光纤布拉格光栅,也适用于交流切趾和交直流切趾取样光纤布拉格光栅。     

基于容栅位移传感器的管路堵塞监测系统设计

现有的氮磷营养盐原位监测仪存在不足,其进样管路在受污染的水体中容易被堵塞,针对此问题提出了一种基于容栅位移传感器的管路堵塞监测系统。通过容栅位移传感器采集位移信号,经过滑动滤波以后输入STM32单片机处理,对数据分析处理后得到管路形变特征参数,进而判断管路堵塞状态,并启动滤膜更换装置更换过滤膜,排除堵塞保证机器顺利运行。系统测试和实验结果表明:容栅测位移法在非介入式管路堵塞测量中完全可行,为小管径胶管的在线堵塞检测提供了一种新的方法。     

利用严格模式理论分析光栅透镜的衍射特性

光栅透镜因其独特的光学性能而具有广泛的应用.根据光栅透镜的线宽和间距微小渐变的特点,建立了光栅透镜的物理模型,并利用严格模式理论对其衍射特性进行分析.该方法物理概念清晰、公式简洁.对光栅透镜实现谐波分离、聚焦功能时的衍射效率与槽深关系的计算结果表明,其计算速度快、数值计算结果准确可靠.并对加工误差的影响进行了模拟计算,说明了在当前的微细加工的工艺水平条件下,能够制作出满足ICF系统要求的光栅透镜.实验上制作了尺寸为100 mm的大面积光栅透镜,其衍射效率的实验测试结果与理论计算结果一致.     

Zemax软件在取样光栅对设计中的应用

 光束取样光栅(BSG)是一种重要的用于光束取样诊断的衍射光学元件。以2块取样光栅代替单块光栅作为初始光学结构,运用Zemax光学设计软件采用分步优化的方法设计了具有消像差功能的光栅对结构,此方法比采用Matlab语言编程计算的方法消像差更快捷、更灵活,同时可以验证程序计算结果的正确性。设计结果显示：再现的会聚光经2块光栅衍射后在像平面上点列图中的均方根半径仅为0.506μm,单块取样光栅的均方根半径则为7.284μm,说明2块光栅能够做到像差互相矫正,其像质明显好于单块取样光栅。另外,设计出的双光栅光学系统,可进行远场光斑质量检测,为激光束性能的在线诊断提供了行之有效的技术支持。     

Fourier transform profilometry: : a review

Fourier transform profilometry is one of the popular non-contact 3-D measurement methods, where a Ronchi grating or sinusoidal grating is projected onto a diffuse three-dimensional surface, and the resulting deformed grating image is detected by a CCD camera and processed by a computer. This method requires only one frame (or two frames) of the deformed fringe pattern in some algorithms to retrieve the surface of measured object, so it has obvious advantage for real time data acquisition and 3-D measurement of dynamic process. In this paper, we review some algorithms in FTP, discuss some important problems, including frequency spectra overlapping, phase unwrapping, sampling, and 3-D measurement of dynamic process. With the development of computer hardware and software and availability of high-resolution image grabber, FTP method will be a promising one for acquiring 3-D data of object, and more and more researchers pay attention to it.     

基于离散衍射光的全息光栅的带宽压缩

提出一种基于离散衍射光的全息光栅的带宽压缩算法。人眼的视觉分辨率是有限的 ,即空间频率变化在Δfpupil以内时 (两根光线的夹角小于 0 .3°) ,不会察觉光线的跳变。首先对衍射光的频谱进行采样 ,使全息光栅衍射的是空间频率不连续的离散光 ,即在光栅的编码中只包含离散光频谱 ,且满足人眼视觉要求。这样 ,光栅的条纹函数为周期性函数 ,因此 ,在条纹编码中我们只需记录一个周期的函数值 (样本数 ) ,光栅的条纹函数的样本数可得到有效的压缩。然后在解码中通过简单的复制可恢复光栅条纹函数的全部样本值。采用这种方法 ,大大压缩了数据量 ,提高了传输速率 ,达到了动态显示的要求     

数字全息图的非同步采样对再现像的影响

基于香农采样定理和傅里叶频谱分析,通过模拟数字全息光栅的实验,对非同步采样数字全息图的一些基本问题进行了分析。模拟实验结果表明：全息图透射率函数中的低频调制现象随非同步采样光栅空间频率的增大而变得更明显;全息图再现过程中的频谱泄漏使再现波前发生高频起伏,其影响大小取决于非同步采样的偏离程度,与光栅本身的空间频率无关。另由数值模拟实验表明,频谱泄漏对再现波前的影响可通过数字全息图加窗切趾方法来抑制,以提高再现像质量。     

一种新颖的取样光纤光栅振幅版的研制

提出了一种新颖的用于制作取样光纤光栅的取样振幅版的设计方案，其特点是具有渐变的取样周期和不变的占空比，利用这种振幅版可以简单灵活地制作出反射峰波长间隔不同的取样光栅梳状滤波器，有利于提高取样光栅的制作灵活性并降低成本.对这种方法可能存在的不足也进行了分析.利用制作出的取样光栅，基于全光纤结构实现了具有游标尺式波长调谐机理的可选波长光纤激光器.     

一种新颖的取样光纤光栅振幅版的研制

提出了一种新颖的用于制作取样光纤光栅的取样振幅版的设计方案,其特点是具有渐变的取样周期和不变的占空比,利用这种振幅版可以简单灵活地制作出反射峰波长间隔不同的取样光栅梳状滤波器,有利于提高取样光栅的制作灵活性并降低成本.对这种方法可能存在的不足也进行了分析.利用制作出的取样光栅,基于全光纤结构实现了具有游标尺式波长调谐机理的可选波长光纤激光器. 关键词： 取样光纤光栅 梳状滤波器 可选波长光纤激光器 振幅版