部分相干光照明下光栅的塔尔博特效应

首先利用部分相干光理论详细地分析了在部分相干光照明下光栅的菲涅耳衍射,给出了观察面上衍射光强分布的一般公式,并就光源的发光面积对光栅塔尔博特效应的影响进行了讨论,得到了光栅衍射光强的分布随着照明光源的发光尺寸的增加而逐渐变得平滑这一结论．并且,当光源发光尺寸增加到毫米量级时,光栅的塔尔博特效应将完全消失。在实验上埘不同发光尺寸的扩展作相干光源照明光栅时的菲涅耳衍射光强进行了测量,实验结果与理论分析得出的结论相符合。     

啁啾超短脉冲光波照射下光栅Talbot效应的研究

应用傅里叶频谱分析法，给出了光栅在啁啾超短脉冲光波照射下菲涅耳衍射方程并分析了其Talbot效应. 数值计算表明，在Talbot距离处的衍射光强不仅与照射的超短脉冲光波的宽度有关，而且与脉冲光波的啁啾有关. 根据光栅在Talbot距离处衍射光强的变化，给出了一种检验超短脉冲光波是否含有啁啾的简单方法. 关键词： 光栅 菲涅耳衍射 Talbot效应 啁啾超短脉冲激光     

光栅在超短脉冲激光照射下的塔尔博特效应

首先导出了光栅在短脉冲激光照射下的菲涅耳衍射光场的方程 ,利用该方程分析了一个开口比为 1∶4的光栅的衍射光场。数值计算结果表明当激光脉冲的半极大值全宽 (FWHM)Δτ在皮秒数量级时 ,可以得到塔尔博特自成像。当激光脉冲的 Δτ从皮秒逐渐减小时 ,塔尔博特自成像现象逐渐消失。而当激光脉冲的Δτ小于几十个飞秒时在第一个塔尔博特距离处光栅的衍射光强的最大值随Δτ的减小而减小     

平面透射光栅的菲涅耳衍射

从标量场的菲涅耳衍射理论出发,研究了球面波入射平面透射光栅的衍射场,导出菲涅耳衍射场的复振幅分布,并得到光栅菲涅耳衍射角的计算公式．结果表明,在理想情况下菲涅耳衍射的每一级衍射波都是一个球面波;在对菲涅耳衍射角进行新的定义后,衍射角的计算仍然可以采用夫琅禾费衍射的光栅方程．     

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。     

用菲涅耳理论研究衍射光路可逆性

 用菲涅耳衍射理论研究了光栅及双光栅成像系统衍射光路的可逆性。首先用菲涅耳衍射理论分析单片光栅衍射光的复振幅分布,根据其复振幅分布的相位关系研究其可逆性;再根据单片光栅衍射光路所具有的结论来分析双光栅衍射成像效应的衍射光路可逆性,得到了光栅衍射光路及双光栅成像系统光路具有部分可逆性;应用衍射光路的部分可逆性诠释了双光栅成像效应的本质及光栅的汇合光谱特性是色散光谱特性的逆效应,并根据衍射光路具有部分可逆性的特性实现了图像处理。     

数值法研究光的圆孔衍射实验现象

在平行平面波近似的情况下,数值法求解菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式,得到平行平面光波通过圆孔衍射后的光强分布图.通过对纵向及横向光强分布图的数值分析,验证了轴上点光强由菲涅耳数决定,菲涅耳数大于1时为菲涅耳衍射区,菲涅耳数小于1时为夫琅禾费衍射区.在近场,光强分布为明暗相间的环形条纹;在远场,光束演化成束腰位置在圆孔处的高斯光束,仿真结果与理论和实验结果基本一致.本仿真结果将光衍射的抽象理论直观化、可视化.     

用菲涅耳衍射理论分析双光栅成像效应

从理论上对双光栅成像效应现象进行研究,分别从菲涅耳衍射理论和平面透射光栅的菲涅耳衍射公式出发,分析了物光波经过两个平行放置的平面透射光栅组成的系统衍射后的复振幅分布。分析结果表明,在理想状态下,当两个光栅的放置位置满足一定条件时,在第二个光栅后面可以观察到一个清晰的原物体图像。理论分析解释了两个光栅在双光栅成像效应中的作用,得到了双光栅成像效应发生时,两个光栅的空间频率、衍射光级数以及光栅放置位置之间的关系式,这与实验所得结果相一致。     

二维移相光栅光强分布的计算及在制备有序纳米硅阵列中的应用

从菲涅耳衍射积分的一般形式出发,结合二维（2D）移相光栅掩模(PSGM)的具体参数,通过数值计算得到了作用于样品表面的光强分布.实验上,采用激光干涉晶化的方法,利用周期为400 nm的2D-PSGM调制KrF准分子激光器的脉冲激光束斑的能量分布,在氢化非晶硅（a-Si:H）薄膜上直接制备了2D的有序纳米硅（nc-Si）阵列.测试结果表明：2D的nc-Si阵列的周期和PSGM的相一致,晶化区域与理论模拟的结果符合得很好. 关键词： 纳米硅 激光干涉晶化 移相光栅 菲涅耳衍射     

圆屏(球)和圆环菲涅耳衍射的解析表达式

在标量衍射理论的基础上，给出了圆屏（球）和圆环菲涅耳衍射的振幅及光强解极表达式。计算了光强分布曲线，并将计算实例和有关资料中的实验与计算结果进行了比较。同时指出所谓无衍射光束实际上是一种菲涅耳衍射现象。     

Influence of the size of the grating on Talbot effect

The Fresnel theory of the Talbot effect of the grating is reviewed in this paper, and the general formula of the Fresnel diffraction of the grating with finite aperture size is presented. The aperture effect of the grating on the Talbot image is discussed and a number of numerical calculations are performed. The variation rule of the diffraction intensity distribution at the Talbot distance with the aperture size of the grating and the case at different Talbot distances are obtained through the calculations, and the corresponding explanations of these phenomena are given in this paper. We think that these discussions provide the theoretic basis for the practical application of the Talbot effect of the actual grating.     

畴腐蚀掺镁铌酸锂可调阵列光分束器的研究

研究了不同畴腐蚀深度的掺镁铌酸锂二维六角可调阵列光分束器的分数Talbot效应.对不同Talbot分数β和不同畴腐蚀深度的阵列光分束器Talbot衍射像进行了数值模拟理论研究.模拟结果表明,Talbot分数β可以改变Talbot衍射像的周期及结构分布,而畴腐蚀深度可有效调制衍射像的光强分布.在理论研究的基础上,设计并制备了具有不同畴腐蚀深度的掺镁铌酸锂二维六角阵列光分束器,对其在不同Talbot分数β条件下的分数Talbot效应进行了通光实验研究,实现了畴腐蚀阵列光分束器对近场Talbot衍射光强分布的调制,实验结果与理论研究结果一致.     

Unveiling Talbot Effect under Fresnel Diffraction at a Fork-Shaped Grating

The near-field effect of diffraction image self-reproduction or self-imaging of a periodic grating illuminated by quasi-monochromatic wave is well-known as the Talbot effect. Introducing a dislocation to a periodic structure provides a fork-shaped modulation of the phase/amplitude, which produces discrete diffraction pattern in a far-field consisting of optical vortices. In this paper, Fresnel diffraction at amplitude fork-shaped grating is theoretically and experimentally studied. The coexistence of spatial ordering and local violation of translational symmetry of the structure manifests itself in a strict diffraction pattern consisting of optical vortices in the far-field, which is shown to be accompanied by formation of a spatially ordered intensity distribution in the near-field, reminiscent the Talbot carpets for periodic structures. These results demonstrate the first evidence of Talbot effect occurred under light diffraction at fork-shaped gratings, being promising for deep understanding of near-field singular optics phenomena.     

相位光栅分离双波长宽角度光线的理论分析

使用衍射光栅的分色分光方式一般以平行光入射情况为讨论基础,对于非平行光入射的情况讨论较少.本文基于菲涅尔衍射理论和角谱理论,将球面波与平面波的衍射波场联系起来,从而在传播函数中引入角度参量,结合分数泰伯效应的理论基础,推导出双波长宽角度入射光线经相位光栅衍射后的波场分布函数,并对推导出的函数进行数值模拟,得到像面不同位置衍射波场分布.与平行光入射时的标准波场分布相比较,得到宽角度入射时的衍射波场的横向展宽量和偏移量.通过调节光栅台阶的宽度,改变衍射场的展宽和偏移,使各个单一波长的衍射波场宽度小于光栅周期的一半,从而减少双波长光衍射波场的混叠.同时本文给出波场宽度与光栅台阶宽度的变化关系,选取光栅面上多个位置作为台阶宽度的计算点,并对整个光栅的台阶宽度进行曲线拟合,得到可以使双波长宽角度入射光实现良好空间分离的光栅参量.该结果可用于各类宽角度入射光线的光谱分离场合,如双波长成像、液晶显示和液晶投影等.     

复色光源X射线光栅衍射效率

基于Fresnel衍射理论,分析了复色光源X射线光栅衍射效率.研究了X射线光栅不同材料、不同槽深、源的谱分布及不同占空比对衍射效率及成像质量的影响,给出这些参量的选择方法.主要考虑了各种参量对光栅0级及1级衍射强度的影响.发现高Z元素的物质不适合做X射线光栅材料,低Z元素Be、Si、Al及有机物PMMA等较适合18~30 keV波段的X射线光栅.源的谱分布决定了光栅槽深选择.数值计算给出了Si光栅各种参量的具体值.     

Quasi-fractional Talbot effect of resonant diffraction grating

The Fresnel diffraction of resonant diffraction grating is studied on the basis of the modal method, and it shows that the conventional fractional Talbot effect can still occur by choosing appropriate parameters. The Fresnel diffraction distributions of the resonant diffraction gratings with periods between λ and 4λ are analyzed, and the diffraction fields exhibit periodicity in both grating direction and the propagating direction. The experiment is carried out to verify the simulation results of the quasi-fractional Talbot effect of the resonant diffraction grating. This effect has potential application in lithography for high-resolution patterning.     

Partially coherent Fresnel diffraction by a slit aperture. III. Fresnel diffraction patterns

The intensity distribution in the Fresnel diffraction pattern of a slit aperture illuminated with partially coherent light is obtained, as a function of the coherence condition across the aperture, by evaluating the formula developed in a previous paper. It is shown that the Fresnel diffraction pattern is affected by the coherence condition of illumination across the aperture and its form.     

Partially coherent Fresnel diffraction by a slit aperture. IV. Effect of the phase term in the coherence function

A formula was derived in paper 1 of the this series for investigating the Fresnel diffraction field of a slit aperture when the mutual coherence function of the illumination contains a quadratic phase term. That formula is applied to study the intensity distribution in the Fresnel diffraction field of a slit aperture illuminated by a quasi-monochromatic incoherent slit source. The phase term has a big effect on the features of Fresnel diffraction.