用全息法研究光化学和光物理过程

本文介绍了全息术用于研究光化学和光物理过程。如果用CW激光制作全息光栅,便可用这种技术研究固体物理光化学。如果用脉冲激光,便可用于研究一个宽域的时间过程,能量迁移、扩散,旋转驰豫,电荷传输等等。与普通光谱技术比较,全息术是一种非常灵敏的无背景技术,并可任意选择探测波长和探测光束的强度。用全息术可得到一些信息,便可找到新的全息记录介质。双光子四能级系统对全息图的红外记录就是用这种方法发现的。     

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。     

透射式矩形相位光栅的衍射光谱分析

提出了一种计算透射式矩形相位光栅衍射场的简便方法,计算并分析了透射式矩形相位光栅的衍射光谱,给出了相位光栅的衍射光谱与光栅材料的折射率、光栅厚度和入射波长的关系,得到了把衍射光能量集中到1级光谱的条件;并在相位光栅的应用方面作了探讨.     

多层膜闪耀光栅衍射的运动学研究

用 X射线运动学理论对软 X射线多层膜闪耀光栅的衍射特性进行了详细的研究 ,得到了衍射规律的一般表达式 ,讨论了产生衍射极大值的条件、光谱特性 ,不同于光栅和多层膜的色散特性。以及用作软 X射线单色器的一般性问题。发现只要选择合适的光栅参数 ,便可以将衍射光的大部分能量集中到某一个非零衍射级上。     

一种基于CCD的实时测量光栅常数的方法

光栅常数是检验光栅质量的重要参数之一.该文介绍了一种实时检测光栅参数的方法,即利用面阵CCD采集光栅衍射图像信息,通过计算衍射±1级光斑与主极大光斑的能量比得出光栅常数.这种方法具有检测速度快、系统简单、精度高等特点,可用于生产线上光栅的实时检测.     

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     

软X射线多层膜光栅的衍射特性

用X射线运动学理论对软X射线多层膜光栅的衍射特性进行了研究。发现其衍射规律与多层膜的布拉格衍射和普通光栅衍射有本质的区别,可将衍射能量集中于某一衍射级上,同时它又保持了多层膜的高反射率和光栅的高分辨本领等优良特性。     

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.     

反应离子束微细加工全息闪耀光栅研究

本文报道以无透镜傅里叶全息术变换记录的全息光栅作掩膜,应用反应离子束入射角控制光栅闪耀角,选择了合适刻蚀工艺参数,制得衍射效率为67%的SiO_2全息闪耀光栅。     

应用光学——光学系统设计指南 第十九章 相干光学系统

19.3 全息术全息术是把发光物体发出的波前进行记录,然后把它再现的一种方法。这种波前的再现可以和物体处在应有位置上发出的波场相模拟,在光学全息术中,它将产生与原始波前一样的视觉印象。利用上节中的空间滤波的理论,全息图是一种空间滤波器,它的扩展函数近似于所要求的象,全息图的结构     

高密度相位光栅的偏振选择性

高密度光栅具有与传统光栅不同的性质,其衍射特性往往是偏振相关的。本文针对1550nm波长TE/TM偏振入射光和0.5的光栅占空比,利用严格耦合波分析数值计算了不同光栅周期下0级及-1级的衍射效率。研究表明,相比周期为1550nm的光栅,当周期为1200nm时,偏振相关衍射效应明显增强,当光栅周期为890nm时,TE偏振光的衍射效率随着光栅深度呈正余弦变化,而TM偏振光的衍射效率始终集中在0级,具有偏振选择性。通过模式方法,利用模式中的有效折射率概念,研究了不同周期下被入射光所激发的两种光波模式通过光栅区域传播所累积的相位差;基于双光束干涉,模拟了0级和-1级的衍射效率。结果表明,利用严格耦合波分析的数值计算结果符合模式方法的理论预期,对于高密度相位光栅的偏振选择性给予了合理的物理机制解释。     

基于相干粒子数囚禁的电磁诱导光栅研究

基于相干布居囚禁,提出了一种新的电磁诱导光栅物理模型, 得到了该模型下介质极化率的解析表达式. 由于相干布居囚禁引入的原子相干性, 介质极化率会形成增益、无吸收高折射率点以及暗态三个区域. 根据该理论模型, 基于⁸⁷Rb的原子能级, 提出了一种新型衍射光栅实现方案, 并进行了分析与计算. 结果表明, 在无吸收高折射率点处, 这种光栅是一种纯相位光栅, 一级衍射强度可达到0.4; 在增益区域中, 发现这种光栅是相位光栅和幅度光栅组合而成的混合型光栅, 在其最大增益点, 一级衍射效率最大可达1.26, 二级衍射效率也可增加到0.31. 关键词： 相干粒子数囚禁 电磁诱导光栅 衍射效率     

有像差情况下的全息光栅拼接研究EI北大核心CSCD

激光约束核聚变系统需要大口径脉冲压缩光栅。全息光栅拼接法是制造大口径光栅的重要手段。针对有像差的全息曝光系统,提出了一种拼缝处光栅对准拼接方法。为研究像差对光栅拼接特性的影响,用随机波面进行了光栅模拟拼接,计算了远场衍射能量分布与拼接误差的关系。实验拼接了(150+150)×200 mm2口径光栅,其拼接均方根误差值为0.034λ,峰-峰误差值为0.110λ。利用光栅±1级衍射波面,计算得到了曝光系统像差,并模拟了拼缝处最小拼接误差,其均方根误差值为0.016λ,峰-峰误差值为0.105λ。结果表明,拼接误差与理论模拟结果相近。该误差不会造成远场衍射光斑能量明显下降。由此证明了该方法的可行性。     

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%。     

有像差情况下的全息光栅拼接研究

激光约束核聚变系统需要大口径脉冲压缩光栅。全息光栅拼接法是制造大口径光栅的重要手段。针对有像差的全息曝光系统,提出了一种拼缝处光栅对准拼接方法。为研究像差对光栅拼接特性的影响,用随机波面进行了光栅模拟拼接,计算了远场衍射能量分布与拼接误差的关系。实验拼接了(150+150)×200 mm2口径光栅,其拼接均方根误差值为0.034λ,峰-峰误差值为0.110λ。利用光栅±1级衍射波面,计算得到了曝光系统像差,并模拟了拼缝处最小拼接误差,其均方根误差值为0.016λ,峰-峰误差值为0.105λ。结果表明,拼接误差与理论模拟结果相近。该误差不会造成远场衍射光斑能量明显下降。由此证明了该方法的可行性。     

在全息照相实验中增设光栅辅助白光再现全息图的尝试

针对目前大多数理工科院校开设的全息照相实验中一般只用单色光再现的现状,在保留单色光再现的基础上,增加了光栅辅助白光再现实验内容,丰富了实验内容和提升了实验层次,加深了学生对全息术理论和光栅衍射的理解.     

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.     

嵌入式镀膜光栅的数值模拟研究

嵌入式镀膜光栅是将平行四边形的介质膜层,以亚波长量级的周期嵌入波导中.针对该光栅在不同偏振态、不同角度入射下的各级衍射效率问题,本文基于严格耦合波分析理论,对该光栅进行建模与数值分析.结果表明,在TE模入射时,该光栅的一级衍射效率可随膜厚在[0,37％]内变化,其余非零级次的衍射效率低于2％.衍射特性可以满足平视器成像的效率递增要求,同时可以减少能量的损失与杂散成像光线.当入射光束的角度在纵向[45°,70°]、横向[-15°,15°]内变化时,一级衍射效率的变化平稳,可以保持平视器不同视场的成像能量均匀.针对入射光偏振态、光栅材料、嵌入膜层倾角、光栅周期对衍射特性的影响,给出了相应的数值分析,可为波导全息平视器中衍射元件的制作提供理论指导.     

透射光栅对软X射线衍射效率的研究

在北京同步辐射源上，对无底衬透射光栅在844eV X射线能量点的绝对衍射效率进行了实验标定，利用光栅模型，得到了光栅所有结构参数，并由此得到了透射光栅对100—2000eV能区软X射线的各级绝对衍射效率理论计算曲线. 关键词：