光电子技术与器件 光调制与器件

TH7612006010547光栅光阀的光学特性分析和仿真=Optical characteristicanalysis and si mulation of grating light valve[刊,中]/张洁(重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室.重庆(400030)),黄尚廉…∥光学学报.—2005,25(11).—1452-1456依据多光束干涉理论和衍射理论对光栅光阀工作状态的光学特性进行了详细的理论分析和计算机仿真。结果说明,光栅光阀在工作中处于“开”态时,可动光阀下降的距离应该是入射波长的1/4倍;设计时选择h=λ0/2,δ=λ0/4;当间隙处的反射率不同时,占空比对光栅光阀的光学特性有着不同的影响,给…     

反射镜平动式光栅光调制器的光学特性分析

提出了一种反射镜平动式光栅光调制器，每个像素主要由一个可动反射镜和上面的固定光栅组成，通过控制可动反射镜和固定光栅的距离达到对入射光的调制.依据标量衍射理论对反射镜平动式光栅光调制器工作状态的光学特性进行了详细的理论分析；并仿真了光调制器的结构参量对衍射效率和对比度的影响.发现:当可动平板和光栅的距离为λ0和5λ0/4，像素表现为暗态和亮态；这种光调制器的工作原理决定了其有效面积大，具有形成面阵的潜力；固定光栅占空比为1/2时，对比度最优；同时给出了对比度随入射光带宽的关系，即带宽越大，对比度急剧下降.     

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。     

基于光栅光调制器的投影显示光学系统设计与实验

基于微机电系统(MEMS)光栅光调制器在静电压驱动下可改变其衍射效果,并在光学4f系统中实现光信息处理,从而应用于投影显示.在典型4f光学系统基础上,优化设计了基于MEMS光栅光调制器的投影显示系统,根据菲涅耳衍射分析了该系统;分别利用两种光栅光调制器实验样品在设计的光学系统中进行了显示实验研究.结果表明,该系统可实现投影显示;配以驱动电路可实现动态显示,并可进行工作电压、吸合电压、响应频率等特性测试.     

光栅光阀光学特性分析及其在热敏CTP中的应用

光栅光阀(GLV)是一种衍射MOEMS空间光调制器,利用其对激光束的调制作用,可成功地应用于计算机直接制版(CTP)系统中。提出了简化的光栅光阀光学模型,并根据夫琅和费单缝衍射理论和多光束干涉理论对光栅光阀的光学特性进行了理论分析。介绍了光栅光阀在热敏CTP系统中的应用,分析了光栅光阀光学记录设备的结构和成像原理。得出了基于GLV技术的热敏CTP数字成像过程,为国内印刷企业使用这种热敏成像技术提供了理论依据。     

二维光栅光调制器阵列的光学分析与实验

基于标量衍射理论分析了二维光栅光调制器的衍射特性,提出了投影系统的光学处理方法,利用Matlab软件进行了仿真分析.分析结果表明,二维光栅光调制器的衍射光强分布是单个像素衍射光强的干涉叠加,其分布趋势与单个光调制器的衍射光强分布类似;通过反傅里叶变换可将各个调制器的衍射光重新分开而成像.如果用±1级衍射光的成像,相位为2kπ的调制器在投影面得到一个明亮的像,而相位为(2k-1)π的调制器在投影像面上得到一个黑暗的像.通过一个基于静态微光电系统光栅光调制器的投影光学系统得到了一幅明暗调制的像,证明了光栅光调制器用于投影显示的可行性.     

基于Talbot效应的掺镁铌酸锂二维六角位相阵列光栅的研究

本文系统研究了基于泰伯效应(Talbot) 的位相可调掺镁铌酸锂二维六角位相阵列光栅及其光衍射成像, 对光栅占空比D、不同位相差Δφ、及泰伯分数β条件下的光栅近场光衍射强度分布进行了理论研究, 结果表明当光栅占空比D=52%、位相差Δφ=0.75 π、 泰伯分数β=0.2时, 光栅近场衍射光图像效果最佳. 实验设计与 制备了掺镁铌酸锂二维六角位相阵列光栅, 并对其进行了Talbot衍射光成像实验研究, 得到了不同位相差和不同泰伯分数β条件下光栅近场衍射 光图像, 实验结果与理论研究结果相符. 关键词： 二维六角位相阵列光栅 掺镁铌酸锂晶体 泰伯效应     

分频光栅的衍射特性及误差分析

 基于标量衍射理论推导出了分频光栅的各级衍射效率公式，分析了分频光栅的衍射特性，发现入射光波在满足相应的相位延迟条件时，能被分频光栅以最大效率衍射进３个中央级次中的某一级。分析和比较了两种制作工艺中的刻蚀深度误差、占空比误差对衍射效率的影响。在惯性约束聚变（ICF）应用中，对于同一要求的３倍频光的衍射效率范围，两种工艺的刻蚀误差容限是相同的，但是两种工艺的相同刻蚀误差却带来不同的衍射效率。在不计其它误差时，占空比误差不会对３倍频光的衍射效率产生影响，但可以对基频光和2倍频光产生相反的影响，占空比误差还可以使基频光和2倍频光的主要衍射级次的效率都降低，同时增大它们的0级衍射效率。     

提升全息光栅掩模占空比均匀性的曝光系统

在基于衍射光栅光波导的增强现实近眼显示设备中,光栅的占空比均匀性对成像均匀性影响很大。提出一种提升全息光栅掩模占空比均匀性的罗艾镜曝光系统,该系统采用移动挡板和改变干涉场光强的方法,来补偿全息曝光时高斯光束光强不均匀导致的光栅掩模占空比不均匀。实验中使用该方法制备的光栅,其占空比的极差相比用传统罗艾镜曝光系统制作的光栅降低了66%以上;制成的衍射光波导片的纯色屏幕的均匀性至少提升30%。     

光栅光阀器件的结构改进与制作工艺研究

根据光栅光阀的工作原理,在结构上对传统的光栅光阀器件进行了改进,分析了改进后光栅光阀器件的光学特性、结构特性,以及制作工艺流程.改进后的光栅光阀结构中硅基底上设有二氧化硅隔离层,隔离层上沉积无定形硅作为牺牲层,可动梁的材料是氮化硅,固定梁为蒸镀的金属铝层.通过离子刻蚀的方法刻蚀图形,用化学腐蚀方法掏空牺牲层得到所需桥梁状结构.研究表明改进后的器件黑区范围小,驱动电压较低,光学效率较高,具有潜在的应用前景.     

光纤光栅对FBG-ECL静态特性的影响

光纤光栅外腔半导体激光器(FBG-ECL)在未来光通信系统占有着越来越重要的地位。根据FBG-ECL的等效腔模型,讨论了光纤光栅反射率、带宽对FBG-ECL的输出功率,阈值特性、边模抑制比等静态特性的影响。指出了存在最佳光纤光栅峰值反射率,不仅使得FBG-ECL具有更高的输出功率,而且可以获得极好的边模抑制比。最后根据实测在不同反射率下外腔激光器的激射光谱,发现理论分析结果和实验数据是吻合的。     

二维微纳米结构表面反射特性的时域有限差分法模拟研究

亚波长微纳米结构表面具有优良的抗反射特性,本文以硅基太阳能电池响应光谱的300~1 200 nm为应用基础,利用时域有限差分法计算了表面面形、结构参量的占空比、高度和周期以及光波入射角等对二维微纳米结构表面反射特性的影响,并结合等效介质理论进行了进一步理论分析,结果表明:等截面光栅结构的反射率较大,结构参量影响也较小;锥形渐变截面光栅结构的抗反射性能较好,且反射率随着占空比、结构高度的增大而显著下降;同时,光波在光栅法线的±40°范围内入射时,反射率均较小.通过对亚波长微纳米光栅结构的反射特性的模拟和分析,为抗反射表面的设计和制作提供了基础.     

基于RCWA的太阳能电池抗反射膜分析研究

利用严格耦合波分析法（RCWA）分别计算了五种不同形貌的亚波长浮雕结构的太阳能电池抗反射膜性能,分别从占空比、光栅高度和周期等结构参数以及入射光角度进行模拟。研究结果表明：周期为200rim,高度为400nm,占空比为1的金字塔型浮雕结构的抗反射效果令人满意,且平均反射率低于1％;光波的入射角对光栅的反射率影响较大,光波在光栅法线的角度控制在40°以下合适。通过对亚波长浮雕结构的反射特性模拟和分析,为太阳能电池抗反射膜设计与制作提供理论支持。     

Novel spectrum properties of the periodic π-phase-shifted fiber Bragg grating

A special periodic π-phase-shifted (π-PS) fiber Bragg grating (FBG) is proposed to achieve multichannel reflections. The Fourier analysis and the simulations based on the transfer matrix method show that this simple structure can generate multichannel response with high reflectivity. The reflectivity is much greater than that of the traditional sampled FBG for the same value of κL. Therefore the length of the fiber or the amplitude of refractive index modulation can be greatly reduced if such a periodic π-PS FBG is used instead of the traditional sampled FBG in the applications of comb filtering and optical wavelength division multiplexing. Besides, when the duty cycle is 0.5, this periodic π-PS FBG can create dual wavelength spectrum with high reflectivity.     

光纤光栅梳状滤波器及其在新型可选波长激光器中的应用

对现有在同～段光纤上多次写入光栅制成光栅梳状滤波器的方法进行了改进,利用增加光栅长度,精确控制不同光栅的曝光时间,并结合调整光栅实际写入长度的方法,制成了不均衡度小于5％、最低峰值反射率高于95％的光纤光栅梳状滤波器;同时提出了一种新颖的可选波长光纤激光器结构。采用由上述方法制作出的反射率均衡的光纤光栅梳状滤波器和可调光滤波器结合在一起进行波长选择,实现了波长的快速准确选择,同时各个波长激光的输出特性稳定,功率均衡性好,边模抑制比大于50dB。     

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     

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.     

光纤光栅的反射率特性

基于光纤光栅在光通信中的重要应用,根据耦合模理论数值模拟了波长在1.55μm附近时光纤光栅长度与反射率的关系,分析图形得到了在1.50μm到1.55μm之间出现较强的反射率,几乎接近100%,同时分析了折射率变化对反射率的影响,研究结果为光通信中无源光器件的制作提供理论依据。     

对光栅光阀(GLV)器件进行数值分析及其在DGE上的应用

作为一种新颖的MEMS器件,光栅光阀(GLV)被应用于高清晰数字电视和光通信的动态增益均衡(DGE)上,使用角度谱方法分析了这种光调制器的衰减机理,并对其仿真,得到了输入光衰减的曲线。在长距离传输过程中,由于多个EDFA级联产生的非线性,提出了对增益进行动态均衡的要求。基于GLV可以集成为一维阵列的特点,提出了基于这种光调制器的动态增益均衡器的结构,并进行了4路输入光信号的功率均衡实验,在实验中,输出的光功率可以衰减10dB以上,纹波可以控制在0.5dB以内。     

基于微机电系统光栅平动式光调制器实验和优化设计

基于微机电系统(MEMS)的光栅平动式光调制器(光栅平动式光调制器)调制性能的实验研究关系到其进一步应用。设计了光栅平动式光调制器的相干光学信息处理系统实验方案,He-Ne激光器出射的光束经扩束器和准直透射后成为平行光入射光栅平动式光调制器,被测光栅平动式光调制器放置在相干光学信息处理系统的输入面,滤波器在频谱面上,显微镜放大像面上的信号,经CCD在计算机上记录存储;实验结果和理论分析吻合。对光栅平动式光调制器进行方案优化,将可动光栅边框和悬臂梁表面处理成不反光,使可动光栅和下反射镜构成的整个反射面为光栅周期的整数倍。经理论计算,在光栅周期为8μm,光栅占空比为0.5,光栅边距为2μm,周期数为6的条件下,光栅平动式光调制器图像填充率为74.67%,光学效率为81.06%,衬比度大于5000∶1。