光热敏折变玻璃及其布拉格体光栅特性研究

采用高温二次化料的方法制备了一种SiO2-Al2O3-ZnO-Na2O(F、Br)玻璃体系的光热敏折变(PTR)玻璃,通过紫外曝光、透射率光谱、X射线衍射(XRD)和差热分析等方法研究了其光热敏析晶机理。研究表明,PTR玻璃的光敏区为280～350nm,工作区为400～2700nm,最佳成核温度和析晶温度分别为490℃和595℃,析晶组分为NaF晶体。采用双光束干涉方法与"两步法"的热处理工艺在PTR玻璃中制备了周期为1000mm-1的布拉格体光栅,光栅的相对衍射效率达到91%,并验证了制备的布拉格体光栅具有角选择滤波能力。     

光热处理对Si-Na-Zn-Al系光热敏折变玻璃中银团簇析晶的影响

选取Si-Na-Zn-Al体系作为玻璃基质,Ce~(4+)和Ag~+分别作为光敏因子和热敏因子;通过优化紫外曝光剂量与热处理条件,研究了光热敏折变玻璃中Ag~0团簇的析出及其对玻璃透过率、析晶等性能的影响。结果表明:通过控制紫外曝光剂量和热处理条件可以调控Ag~0团簇的结构和NaF晶体的析出;当紫外曝光剂量为4 J/cm~2@315 nm、成核温度为580℃、析晶温度为650℃时,可以获得均匀的Ag~0团簇及NaF晶体。     

Ce∶KNSBN光折变晶体光栅衍射特性研究

研究了Ce∶KNSBN光折变晶体两波耦合作用写入体光栅的衍射效率与写入光偏振态和光强比的关系 ,分析了写入光偏振态造成光栅衍射效率差别的原因 ,并用修正耦合波理论对实验结果进行了拟合。实验结果为Ce∶KNSBN晶体在全息记录和光学信息处理领域的应用提供了依据。     

Ce:KNSBN光折变晶体光栅衍射特性研究

研究了Ce:KNSBN光折变晶体两波耦合作用写入体光栅的衍射效率与写入光偏振态和光强比的关系, 分析了写入光偏振态造成光栅衍射效率差别的原因, 并用修正耦合波理论对实验结果进行了拟合。 实验结果为Ce:KNSBN晶体在全息记录和光学信息处理领域的应用提供了依据。     

飞秒激光在掺Nd3+光热敏折变玻璃中写入光波导

利用中心波长1 028nm、重复频率50kHz、脉冲宽度220fs的超短脉冲激光在掺Nd~(3+)光热敏折变玻璃中刻写双线型和压低包层管状波导.研究了激光功率、波导双线间距、管状波导直径对近场模式的影响,得到了两组导光模式较优的波导.利用波导的近场模式强度分布重构了其折射率分布图,得到两类波导最大的折射率增加量分别为+7.0×10~(-4)和+5.5×10~(-4).利用散射法测得双线型波导的传输损耗为1.29dB/cm;通过测量插入损耗得到压低包层管状波导的传输损耗小于1.95dB/cm.利用飞秒激光在掺Nd~(3+)光热敏折变玻璃中直接写入光波导,在集成光学器件上具有广阔的应用前景.     

体全息成像系统中非周期体光栅的深度选择性研究

由一束球面波和一束平面波或者两束球面波干涉所形成的体全息光栅,由于其光栅矢量在全息图体积内是随位置的变化而变化的,所以被称为非周期型的体光栅。主要研究了用于体全息三维成像系统的非周期体光栅的深度选择特性。根据叠加的原理,将非周期体光栅看作多个固定周期的基元体光栅的叠加,结合耦合波理论分析非周期体光栅的衍射特性。采用这一方法,利用Matlab软件模拟,研究了两束记录光夹角对所记录的非周期体光栅深度选择性的影响和在两束记录光夹角相同时,球面参考光体全息成像系统及平面参考光体全息成像系统深度选择性的差别,最后在光折变晶体材料中进行非周期型和周期型体光栅的记录和再现,对模拟结果进行了实验验证。     

光热折变体光栅变波长读出特性及稳定性研究

光热折变体光栅是在光敏玻璃材料中利用光热折变效应记录的折射率型体全息光栅,具有波长和角度选择性好、衍射效率高、热稳定性好和抗损伤阈值高等特点,在激光器技术领域中具有独特的优势。在自行制备的光敏玻璃材料中,用325nm波长的紫外光曝光记录透射型体全息光栅,基于变波长读出的原理设计实验,对热显影后的光热折变体光栅在532nm波长的激光照射下的衍射读出特性以及其在恒定光功率密度的激光照射下的稳定性进行了实验研究。研究结果表明,热显影后的光热折变体光栅在激光辐照下具有光致饱和效应。根据实验结果定量计算出了光热折变体光栅的选择角和描述光致饱和效应的特征时间常数。     

SiO2-Al2O3-ZnO-Na2O(F,Br)体系光热折变玻璃的析晶机理研究

使用"五步法"热定影工艺制备体布拉格光栅,阐述了光热折变玻璃内部的析晶机理,借助拉曼光谱与扫描电镜直观探测到了离子迁移过程与NaF析晶过程,通过掺杂与未掺杂KBr两种组分玻璃的衍射效果以及透过率光谱对比,发现了位于350～600 nm处的吸收带,确定成核过程内部形成的胶体为溴化银与纳米银复合物.该胶体聚合生长为胶团,诱导NaF晶体在其表面析出生长,实现折射率调制.并且从胶体成核阶段、NaF析晶阶段、曝光剂量三个方面探究影响光热折变玻璃内部析晶颗粒的关键因素,研究结果表明:成核过程中[Ag0n·(AgBr)m]胶团大小是决定NaF析晶大小的关键;NaF析晶阶段主要影响析晶颗粒数量而对改变NaF析晶大小作用不大;NaF析晶大小随着曝光剂量出现先减小后增大的现象,在1.8 J/cm~2附近出现拐点、析晶颗粒最小.     

透射光栅衍射效率研究

透射光栅广泛应用于X光能谱测量,为获得定量的X光能谱,必须对透射光栅的衍射效率进行研究。首先在北京同步辐射源上对透射光栅的衍射效率在多个入射X光能量点进行了实验标定,获得了透射光栅衍射效率的实验结果。为模拟透射光栅衍射效率实验标定结果,发展了一个新的透射光栅衍射效率计算模型,该模型不同于国外已发展的矩形栅线模型和梯形栅线截面模型,而是假设透射光栅栅线具有准梯形截面。模型计算结果与实验标定结果符合很好。     

基于体布拉格光栅的光谱合成的数值分析

 建立了分别用一个和两个反射式体布拉格光栅实现两路和三路光束合成的物理模型,模型中考虑了体布拉格光栅的吸收,并假设入射光束的光谱具有高斯线型。通过对两路和三路光谱合成的数值分析可知:当光谱宽度为0.1 nm时,两路和三路光谱合成的效率分别为98.76%和97.69%;当光谱宽度为0.3 nm的时候,对应的效率分别为97.34%和95.78%。随着光谱宽度的增加,合成的效率明显降低。当光谱宽度较窄时,实现多路光束较高的合成效率是可行的,这为高能激光的获得提供了一种确实可行的方法。     

大角带宽高衍射效率体全息光栅的设计和制备

高性能体全息光栅是全息波导的重要耦合元件,角带宽小、平均衍射效率不高是制约体全息光栅性能的重要因素.以不对称倾斜记录为出发点,设计并制备了大角带宽高衍射效率的体全息光栅.首先讨论在横电模式光和横磁模式光下体全息光栅的记录参数与其衍射效率的关系,找到平均衍射效率较高的记录参数范围,随后进一步分析在此范围内的记录参数与体全...     

体Bragg衍射器件在高功率激光中的应用

记录在光热敏微晶玻璃(PTR)中的体Bragg衍射器件具有高衍射效率、可选择的角度和波长选择特性以及高损伤阈值等优点,成为先进激光技术发展中的一种新兴器件。综述了目前各型体Bragg衍射器件在激光技术中的应用,主要包括角选择近场滤波技术、光谱合成技术、外腔半导体稳频技术以及啁啾脉冲压缩与展宽技术。详细地阐述和分析了这些方法的原理、特点、适用范围以及它们的研究现状。     

记录结构对体光栅各向异性衍射选择特性研究

以静态体光栅各向异性衍射理论分析模型为基础,将与体光栅厚度有关的记录光强调制度引入到各向异性耦合波方程中.利用耦合波理论分析了光折变晶体中体光栅的各向异性衍射性能,研究了在不同初始记录光强比的条件下,记录光入射角的改变对光折变体光栅各向异性布喇格衍射性能的影响.结果表明：记录光入射角和记录光初始光强比均对体光栅的各向异性衍射具有选择性;与此相比,记录光入射角和记录光初始光强比对于体光栅各向同性衍射不具备选择性.     

基于Bragg反射面结构的衍射光栅设计与研究

基于Bragg反射光栅是一维光子晶体的一种特例结构,本文提出利用一维光子晶体带隙理论进行Bragg反射光栅设计.通过光学仿真软件OptiFDTD对Bragg反射光栅的宽度及倾斜角度误差的仿真分析,发现Bragg光栅齿刻槽宽度变化在10%范围、倾斜角度10°以内不会引起Bragg光栅衍射效率的明显变化,说明Bragg反射光栅具有较高的工艺误差容限;根据一维光子晶体带隙理论,设计了一种罗兰圆结构的Bragg衍射双光栅结构模型,实现了两个频段之间的衍射分光,优化分析结果表明:当第一套光栅中Bragg周期层数为6、第二套光栅Bragg周期层数为10时,两频段波长的衍射效率均可以达到70%左右,明显高于传统深刻蚀的衍射光栅.基于本设计的波分复用器是一种尺寸小、衍射效率高的新型EDG波分复用器,为未来高效密集型EDG波分复用器发展提供了一种新的设计思路.     

位相光栅衍射图样识别算法研究

分析了位相光栅衍射图样的特点，提出了一种新的基于图像中心的区域识别算法：首先判断图像中心位置，然后扫描计算图像横向与纵向跨度，最后进行区域标记。通过实验将此算法和普适性的图像识别算法(索贝尔算子边缘识别、哈夫变换)进行结果对比，证明此算法运算速度快、识别结果准确，同时具备较强的抗噪声能力。此算法可一次性快速、准确测量位相光栅的各级衍射效率，尤其适合应用于大批量光栅的质量评价。     

局域体全息光栅的衍射特性

基于三维耦合波理论，研究了两束有限宽度的任意偏振平面波干涉产生的局域体全息光栅的衍射问题。以单位均匀振幅的任意偏振平面波为例，给出了透射波和衍射波振幅的主分量和交叉分量的解析表达式，讨论了记录过程和再现过程中入射的参考光波的偏振角对透射波和衍射波振幅的影响。计算结果表明，记录过程中的偏振角越小，形成的光栅内的耦合越强，衍射效率越高，但光束质量越差；再现过程中不同的偏振角，由于入射波和衍射波的电矢量的不同方向的耦合强弱不同，透射波和衍射波振幅的主分量和交叉分量的振幅变化行为不同。     

Angular Multiplexing Gratings Characterization in Dichromated Gelatin and Thoughts on Diffractive Optical Memory

We were mainly concerned here with multiple exposure gratings that allow interactions and coupling between gratings. We started the study of interactions and coupling with five gratings recorded in dichromated gelatin (DCG). Having determined experimentally the characteristic parameters of these five gratings, we used a method developed by Oxford University to synthesize the modulation profile. Entering these parameters of each grating into our computing programs (based on the alternative theory of diffraction in modulated media) and by varying the amplitude modulation, the latter was deduced by adjusting the numerical curve to the experimental one. We then extended the study to nine multiplexed gratings. This study allowed us to know the range of the amplitude modulation such that a certain number of angular multiplexing can be done in DCG. Several undesirable effects which we had experimentally observed appeared then during the reconstruction of any one of the multiplexed images, such as cross-talk effect. We noted the good concordance between experimental and theoretical results. We finally illustrated cross-talk effect in a diffractive memory where, if the amplitude modulation was first calculated, the number of multiplexing for an angular range could then be determined and the angular separation achieved to avoid cross-talk.