啁啾光纤光栅透镜法制作技术的理论与实验研究

对利用零级抑制均匀相位掩模版结合同透镜制作啁啾光纤光栅的技术进行了详细的理论和实验研究。结果表明这种方法适合于制作啁啾参数较小的光纤光栅，当所制作的光栅啁啾参数较大时，将导致严重的光谱不对称性和包层模耦合。     

Total internal reflection diffraction grating in conical mounting

The main conditions and parameters for obtaining surface relief total internal reflection diffraction gratings in conical mounting are presented. Calculated and experimental investigations reveal that there are ranges of grating periods, incidence angles, diffraction angles and gratings depths for which such gratings could be obtained, both for TE and TM polarizations. With optimized grating parameters the diffraction efficiency of the total internal reflection diffraction gratings can be greater than 90%.     

亚微米光栅的制作和零级衍射效率滤波特性的验证

从亚微米光栅的特点出发,分析了应用于防伪技术领域的亚微米光栅的各项关键制作技术和特点,制作了具有零级衍射效率滤波特性和用于光变色防伪的亚微米光栅,光栅零级衍射效率滤波特性的测量结果与使用耦合波理论计算得到的结果是完全一致的。由此可以根据防伪技术所需要的滤波特性设计亚微米光栅的参数。     

使用辅助光栅的平面变间距全息光栅加工理论研究

变间距全息光栅具有自聚焦和消像差功能,是高分辨率光谱仪与同步辐射单色器中的重要元件。研究了使用平面等间距光栅产生非球面波,记录平面变间距全息光栅的方法。根据几何光学的光线追迹理论,推导了光栅参量的四阶解析表达式。并基于费马原理,提出了记录光路的光线追迹数值算法。应用所推导的光栅参量四阶表达式,仿真设计了变间距全息光栅。通过合理选择记录参量,可以避免光栅基底受到零级及高阶衍射光场的影响。设计结果表明,理论光栅线密度与要求值相当符合;经光线追迹数值算法验证,解析表达式的展开误差在整个记录区域内小于1.5线;考虑到实际加工工艺允许误差,使用辅助光栅的记录光路对记录参量的误差并不敏感;设计实例证明了解析表达式的有效性,以及使用辅助光栅的记录光路的优越性。     

Some studies on the behaviour of surface impedance in the vicinity of gratings

We use the rigorous electromagnetic theories of gratings we have previously developped to study the behaviour of the surface impedance when different parameters are varied. This behaviour is studied far and near anomalies, for perfectly conducting gratings as well as for gratings with finite conductivity. Conclusions are given concerning the validity of the surface impedance method.     

Diffraction properties of ultrashort pulsed beams with arbitrary temporal profiles by a reflection volume holographic grating

The diffraction properties of reflection volume holographic gratings are studied when the gratings are illuminated by an ultrashort beam with arbitrary temporal profiles. The modified Kogelnik's theory of coupled waves is used. Simple analytical expressions for spectral and temporal distribution of the transmitted and diffracted are obtained. The dependences of the diffraction bandwidth, the Bragg selectivity bandwidth and the total diffraction efficiency of the reflection volume grating on the temporal profiles of the input ultrashort pulse are investigated. Study shows that the bandwidth of the reflection volume holographic gratings varies with the grating parameters more slowly than the transmitting volume holographic gratings. For three different temporal profiles, numerical results about diffraction properties of the reflection volume holographic gratings are given and compared with the transmitting volume holographic gratings.     

声表面波在厚金属栅阵中的耦合模参数

提出了一种研究声表面波在压电晶体厚金属栅阵中传播特性的理论方法。将有限元和声表面波在周期栅阵中的变分原理分析方法相结合,在陈东培和H.A.Haus理论基础上、用有限元分析金属短路栅对声表面波传输特性的影响,将力学负载贡献的耦合模参数用有限元矩阵表示,使其适用于声表面波在厚金属或任意形状栅条中传输情况,给出了具体理论分析方法和相应的理论表达式。最后,具体研究了几种压电晶体上金、铝或银栅阵中声表面波的传输特性,通过数值计算给出了声表面波的耦合模参数。      

用于位移传感器的全息平面变间距光栅设计与制作研究

简述了全息变间距光栅的几何理论.利用遗传算法对记录光路进行了优化计算，提出在目标函数中考虑记录参数误差的影响，推导了目标函数的积分形式，提高了计算效率.针对用于位移传感器的平面变间距光栅，分别计算了球面波干涉及球面波与非球面波干涉情况下的全息记录参数，给出了线密度误差曲线.制作出全息平面变间距光栅，并成功应用于位移传感器中. 关键词： 全息光栅 变间距光栅 遗传算法     

Analysis and design of grating couplers

Based on an accurate perturbation analysis of the guiding properties of dielectric gratings, simple design criteria are developed for grating couplers which transfer the energy of a beam into or out of an optical waveguide. Gratings having arbitrary groove shapes are considered and explicit formulae are given for the leakage parameters of gratings with symmetric profiles. The results cover TE_v and TM_v modes and they apply to both shallow and deep grating grooves. The variation of the leakage parameter α in rectangular gratings is examined in detail; these rectangular gratings are then used as basic configurations for predicting the characteristics of other grating profiles. Particular attention is given to trapezoidal and triangular profiles and gratings with asymmetric profiles are also discussed.     

Demodulating the Response of Optical Fibre Long-Period Gratings： Genetic Algorithm Approach

The extraction of the physical parameters of long period gratings from the spectral response is not an easy process. We present a demodulation technique to synthesize the physical parameters of a long period grating recorded in an optical fibre. The demodulation is achieved through the implementation of a genetic algorithm. The extracted parameters are in agreement with the typical values known for long period gratings.     

透射光栅衍射率的实验标定和数值计算

简要介绍了实验室中使用的三种透射光栅的结构，在北京同步辐射源上实验标定了这些光栅的相对衍射效率。借助于光栅模型，得到了光栅的重要结构参数，并对光栅的绝对衍射效率进行模拟计算和讨论。     

用相位掩模法制作光纤光栅的技术

准分子激光照射相位掩模后,在近场形成周期的条纹分布,利用近场光强对光敏光纤进行曝光,可以在纤芯中写人光栅。对光纤光栅折射率分布进行合理假设,运用耦合模理论计算了光纤光栅的反射率,对其反射率与相关参数的关系进行了讨论,并且分析了用相位掩模技术制造光纤光栅的影响因素,得出要获得窄带宽高反射率光栅需有适当的折射率调制和大的光纤光栅长度的结论。另外还导出了掩模板后表面的近场光强分布和光纤光栅的周期公式。     

多层介质膜脉宽压缩光栅的严格矢量分析

用于展宽和压缩激光脉冲的多层膜脉宽压缩光栅是由多层介质高反膜和位于其顶层的浮雕光栅构成。以设计的高反射多层膜为基础,利用傅里叶模式理论分析了其衍射场分布,给出了TE波自准直角入射的使用条件下,多层介质膜脉宽压缩光栅衍射效率的表达式。以-1级衍射效率为评价函数,分别讨论了HfO2和SiO2为顶层材料时,多层膜脉宽压缩光栅-1级衍射效率高于0.95的光栅结构参量范围。结果表明,在该条件下,选择HfO2为顶层材料时,光栅结构参量有较大的取值范围。给出了优化的光栅结构参量,并分析了光栅制作误差及其使用条件的宽容度,对光栅制作工艺和使用具有一定的指导意义。     

I型全息凹面光栅制作误差对光谱像的影响分析

通过对I型全息凹面光栅制作参量误差对光谱像的影响进行数值计算发现|1)两记录臂长的相对误差而不是绝对误差决定光谱像的展宽程度,即使绝对误差较大,只要两记录臂长的误差值相同,像宽也没有明显改变|2)由于I型光栅的记录臂一般较长,记录角度误差对像宽的影响不大,但会影响光栅的刻线密度,导致光谱成像位置的偏移|3)曲率半径误差对像宽的影响较大.通过数值模拟明确了I型全息凹面光栅制作的误差容许范围,找到了对光谱像宽度影响较大的误差来源,从而为此类光栅的制作提供理论指导,有助于制作出高质量光栅,降低罗兰圆光谱仪的调节难度.     

平场全息凹面光栅制作结构与使用结构之间误差补偿作用的数值模拟与实验验证

通过对优化计算出的平场全息凹面光栅制作结构(曝光记录结构)和使用结构(光谱仪分光结构)之间各个参数进行联合数值模拟,得出如下结论：在优化设计参数值附近一个较大范围的误差区域内,平场全息凹面光栅的制作结构参数误 差和使用结构参数误差可以相互补偿,最终补偿的结果可以使光谱成像质量达到与原设计结构相当的水平,满足光谱仪器的使用要求。文章给出了数值模拟结果以及与其相符的实验验证结果。此补偿作用有利于降低平场全息凹面光栅制作 中各个参数精度的调节难度,并且可以对实际使用过程中光谱仪器的设计和装调进行理论上的指导。     

不同折射率调制的光纤光栅的特性及其应用

介绍了九种不同折射率调制的光纤光栅的折射率分布及其光谱特性,建立了各种光纤光栅的数学模型,并分析了它们的优缺点及其应用特点。给出了各种光纤光栅之间的联系,并指出两种或多种单一折射率分布的光纤光栅的组合形式将是以后的发展趋势。以折射率分布为出发点,深入地讨论了各种光纤光栅的周期、折射率调制深度、中心反射光波长或透射光波长、带宽、反射率等参数与其功能的关系,为实际系统的设计提供了参考。     

Optimization of near-field optical field of multi-layer dielectric gratings for pulse compressor

Multi-layer dielectric (MLD) gratings for pulse compressors in high-energy laser systems should provide high diffraction efficiency as well as high laser induced damage thresholds (LIDT). Nonuniform optical near-field distribution is one of the important factors to limit their damage resistant capabilities. Electric field distributions in the gratings and multi-layer film region are analyzed by using Fourier modal method. Optimization of peak electric field in the gratings ridge is performed with a merit function, including both diffraction efficiency and electric field enhancement when the top layer material is HfO₂ and SiO₂, respectively. A set of optimized gratings parameters is obtained for each structure, which reduce the peak electric field within the gratings ridge to being respective 1.39 and 1.84 times the value of incident light respectively. Finally, we also discuss the effects of gratings refractive index, gratings sidewall angle and incident angle on peak electric field in the gratings ridge.     

间隔叠合式双层亚波长光栅

提出了一种应用价值较高的防伪光栅结构-间隔叠合式双层亚波长光栅,可以展宽基本光栅的光谱峰值带宽、改善光谱线形和光变效果.分析了亚波长光栅光谱峰值带宽展宽和线形改善的原理,用矢量衍射理论验证了理论分析的合理性,并对特定防伪光变设计要求的双层光栅进行了参量优化和光变特性分析.结果表明,满足同相位条件的光谱线形与基本光栅相同,带宽为基本光栅的两倍;满足反相位条件的光谱线形为准矩形,带宽大于基本光栅;亚波长光栅在传统和非传统照明条件下倾斜均能产生彩色光变效果,且传统照明情况下的光变速率较大,利用这种光变速率差可以制作各向异性光变效果.     

基于MATLAB的零Ronchi法检测大抛物面栅条设计

介绍了用于设计栅条的光线追迹和三级像差理论，用MATLAB软件设计Ronchi栅条并给出了计算绘图的流程图。输入参数包括：大抛物面镜顶点曲率半径，点光源到光栅的距离等。得到包括偶数与奇数的不同数量的Ronchi栅条。结果表明：此方法可以准确快速的得到横向像差，为Ronchi光栅的设计提供了一种新方法。所设计的线条的绘制质量高，具有线条边缘清晰，光滑等优点。     

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。