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     

二元光学液晶闪耀光栅的特性分析

在二元光学理论的基础上,结合波动光学理论和液晶指向矢的计算提出一种新的二元光学液晶闪耀光栅设计.对液晶光栅电极施加阶梯分布的电压使之形成相位阶梯形分布,推导出液晶闪耀光栅的衍射效率.结果表明,通过改变周期单元光栅电极数日而改变光栅常数,可以改变光衍射角度,一级衍射角度调节范围0°～10°;调节电极电压可以使特定级次衍射光效率达到90%以上,使该级次得到闪耀.     

光栅刻划机直线度误差补偿的研究

中阶梯光栅是一种特殊的衍射光栅, 它以高的衍射级次和大的衍射角来工作, 具有高分辨率、全波闪耀等特性。已广泛应用于高端光谱仪器之中,极大地促进了航天航空、天文、医疗、军事、环境等尖端科技的发展。但是专业的刻划系统需要定制,价格昂贵。使用已成熟的超精密加工设备来加工中阶梯光栅,可以大大降低中阶梯光栅母版的制备成本。超精密单点金刚石车床制备中阶梯光栅时,系统直线度不好,存在较大的累积误差,导致中阶梯光栅衍射波前较差,达不到制备要求。为了减小超精密单点金刚石车床固有的直线度误差,对超精密单点金刚石车床进行了误差补偿。首先,以累积误差曲线为依据进行第一次补偿。实验结果表明,当补偿系数为0.75～0.85时,此时衍射波前的PV(峰谷值)值在约400 nm,一次直线度补偿效果到达极限。然后,以闪耀级的衍射波前曲线为依据进行第二次直线度补偿,二次补偿后的衍射波前PV值为约83 nm。补偿后的结果表明衍射波前得到大幅改善,有利于提高所制备光栅的质量,在光栅实际刻划中具有指导作用。     

亚波长闪耀光栅矢量衍射效率计算

将矢量衍射数值算法—严格耦合波分析用于精确计算亚波长闪耀光栅的衍射效率,并分析其衍射特性。建立了闪耀光栅的电磁介质模型,并将楔形不规则结构简化为多层矩形光栅结构,通过电磁场的介质分布建立严格耦合波方程。根据边界条件求解出各层的电磁场分布,再通过增透矩阵方法将各层电磁场依次迭代,求解出了整个结构的衍射效率。计算分析显示,对闪耀角为11.3°、周期为500 nm的金属铝闪耀光栅可以得到高于90%的衍射效率和相应的闪耀级次。实验表明这种矢量衍射数值算法具有较高的准确性,可以推广应用于高致密刻线复杂光栅的衍射计算分析。     

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.     

自由空间微闪耀光栅解复用器

波分复用/解复用器件在光纤通信中具有重要的应用。设计了一种自由空间的微闪耀光栅解复用器,通过对其衍射光场的复振幅分布的研究,得到了满足1级闪耀输出的光栅方程,实现了复合波长信号光在空间上的解复用。通过对微闪耀光栅解复用器的衍射效率和串扰进行分析后表明,微闪耀光栅解复用器具有很高的衍射效率,信号间串扰非常小,而且元件尺寸小,结构紧凑,集成度高,在光通信和光信息处理中具有一定的应用价值。     

计算凹面闪耀光栅衍射效率的通用方法

为使凹面光栅的衍射能量更多地集中在所需要的级次上,提出了利用机械刻划的方法在凹面基底上制作变刻槽角度的凹面闪耀光栅,并利用菲涅耳-基尔霍夫衍射公式推导了同时在主截面和非主截面内计算凹面闪耀光栅衍射效率的理论方法,弥补了以往只在主截面内考虑衍射效率的不足,最后利用Matlab仿真软件模拟了衍射效率随波长的变化曲线,并对比了在不同制作和使用参数下衍射效率峰值的变化规律,为今后凹面光栅的设计和制作提供了参考价值。     

微闪耀光栅列阵实现全混洗变换研究

在8台阶、相位深度为2π的微闪耀光栅透过率函数的基础上,根据标量衍射理论分析了波长0.632 8 μm的He-Ne激光通过闪耀光栅发生菲涅耳衍射的复振幅分布,并得到了其满足1级闪耀输出的特点.将He-Ne激光通过8通道的微闪耀光栅列阵后菲涅耳衍射光场的分布规律与全混洗变换的特点相结合,得到微闪耀光栅列阵实现全混洗变换的周期公式.实验表明该微闪耀光栅列阵能够实现全混洗变换.     

光导板中新型衍射元件的数值模拟研究

基于严格耦合波理论,数值计算了一种在闪耀斜面镀膜的亚波长光栅结构,并首次提出将该光栅应用于光导板的设计中,使光导板衍射的RGB光束无需经过滤色片,直接透射相应的像素点。在数值计算中,设定入射光为TE偏振态、入射角为60°、波长为RGB三基色。光栅以有机玻璃为基底,二氧化钛为膜层,并随波长改变周期、闪耀角等参数。计算结果表明,该光栅的一级衍射光可垂直于表面出射,一级衍射效率随膜厚渐变,最高达37%,其余非零级次的衍射效率低于2%。将该特性的光栅应用于新型光导板的数值建模中,并对光栅的制作进行了工艺容差分析,计算得归一化能量的标准差小于1%,总衍射效率接近80%。     

微米光栅加速度计的加工与性能研究

介绍了一种以微米衍射光栅为敏感元件的微机电加速度计敏感头的加工和性能。硅质量块底部加工有铝反射膜,透明玻璃基底上制作有金微米光栅,中间为空气腔,经硅玻璃阳极键合,构成敏感头的核心敏感部件。光源透过透明基底,照射在光栅上,在反射场内会产生一系列衍射级次,且各级次衍射光强与外界加速度之间呈函数关系。完成了微米光栅加速度计敏感头的加工,搭建了实验测试平台,完成了加速度计的灵敏度以及静电驱动性能测试。为未来新型集成式微米光栅加速度计设计和加工提供参考。     

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     

闪耀光栅光强分布的一种求解方法

以反射式闪耀光栅为例,提出了一种根据多孔夫琅禾费衍射性质来计算闪耀光栅夫琅禾费衍射光强分布的方法,得到的结果和教材完全一致.     

DMD光栅的衍射特性及其在可调谐激光中的应用

相比较于液晶空间光调制器,数字微镜晶片(DMD)具有开关速度快、显示精度高、偏振不相关、衍射效率高和宽带调制等优势。研究利用DMD的衍射效应作为波长选择器,将其应用于可调谐光纤激光器中,理论推导这种二维DMD光栅的衍射效率与入射光角度,像素间距等物理量之间的定量关系,重点讨论了两种不同像素间距的0.7″和0.55″DMD在单像素因子和多像素干涉共同作用下的衍射级数和强度分布。研究结果表明:0.7″DMD在光强不显著为零且满足实验约束条件下,允许出现4个干涉极大值,但由于极大值位置均远离闪耀条件,因此光强相对较弱。0.55″DMD仅出现1个干涉极大值,且接近闪耀条件,因此光强和效率均明显高于0.7″DMD的情况。由此可见,在可调谐光纤激光器中,利用0.55″DMD光栅作为波长选择器更有利于减小衍射损耗,提高系统稳定性。     

闪耀光栅的二元近似结构

摘要利用闪耀光栅的特点可制作高效的波导耦合器。采用时域有限差分法(FDTD)方法，模拟计算了二元闪耀光栅的一阶衍射效率和衍射角随光栅不同结构参数而变化的相关特征，所得结果对实际二元闪耀光栅的制备有重要参考价值。     

Studying Diffractive Orders of the Phase Grating

Abstract

The finiteness of diffractive orders of the phase grating and the relations between the diffractive orders and the incident angle are discussed in this article. The distribution of each diffractive order is illustrated at different incident angles, and the diffractive direction of each diffraction wave is given. It is pointed out that while only the zero-order reflection wave and the zero-order transmit exist in the free-space layer, the diffraction waves of higher diffractive orders may exist in the substrate layer.     

Fabrication of a binary diffractive lens for controlling the luminous intensity distribution of LED light

To control the luminous intensity of an light-emitting diode (LED), we designed and fabricated a binary diffractive lens by electron beam lithography on a poly(ethylene terephthalate) (PET) film. We showed that it is possible to control luminous intensity distribution using the binary diffractive lens. To improve the diffraction efficiency, we then designed a binary blazed diffractive lens with a focal length of 140 mm. With a binary blazed diffractive lens having a focal wavelength of the order of micrometers, it is possible to create a small, thin light source for controlling the distribution of luminous intensity.     

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。     

用液晶空间光调制器产生光阱阵列

液晶空间光调制器能够方便地用于制作各种衍射型光学元件, 但液晶空间光调制器存在分辨率有限的缺点, 本文提出了用液晶空间光调制器制作相位型光栅, 产生一维和二维光阱阵列的新方案, 用迭代傅里叶级数算法优化设计光栅的相位分布, 在不改变空间光调制器硬件参数设置的情况下, 充分利用和发掘了空间光调制器的优点, 同时又能较好地回避其所存在的缺陷. 根据现有的空间光调制器的技术参数, 模拟仿真设计光栅, 计算光强分布, 结果表明: 用大失谐、小功率激光照明, 能够产生具有很高峰值光强和光强梯度的光阱阵列, 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.