变波长读出条件下光折变局域体全息光栅的衍射性质

利用二维耦合波理论,研究了用短波长记录全息光栅而用通讯波段内的长波长读出时,用于90°结构垂直读出平板型的光折变局域体全息光栅的衍射性质.讨论了局域体全息光栅的几何尺寸对其衍射效率及光栅布喇格选择性的影响.结果表明,随着光栅的纵向和横向尺寸的增加,光栅的衍射效率也逐渐增加.当光栅的纵向和横向尺寸发生改变但光栅的总面积不变时,光栅衍射效率保持不变.此外,随着光栅尺寸的增加光栅的布喇格选择性越好.在利用短波长记录全息光栅而用长波长读出的光学器件设计过程中,为了获得最佳的衍射效率及其布喇格选择特性,应当根据要求合理地设计光栅的几何尺寸.     

金纳米颗粒掺杂光致聚合物的体全息混合光栅模型

金纳米颗粒掺杂光致聚合物在全息曝光过程中,光产物周期分布会形成折射率调制相位型主光栅,同时金纳米颗粒周期分布形成由局域表面等离子体共振引起强吸收的振幅型辅助光栅。研究基于耦合波理论的一种混合光栅模型,分析了光栅的体全息光学特性。结果表明,混合光栅中的折射率光栅和吸收光栅都能够提升体光栅的衍射效率; 体光栅的角度选择性也可以得到明显的改善。     

双重复合式液晶/聚合物电调谐光栅的制备

采用一次性全息曝光的方法同时在样品上制备了周期分别为1μm和4μm,衍射效率电场可调的双重复合式液晶/聚合物光栅.使用He-Ne激光器对复合光栅的衍射特性进行了实验研究,发现光栅存在两个1级衍射极强峰.对峰值衍射效率的测定结果表明,周期1μm的光栅衍射效率为90%,周期4μm的光栅,60%.结合耦合波理论计算了周期1μm和4μm光栅的衍射效率理论值,分别为92.57%和63.68%.实验结果与理论值符合得非常好.对电光特性的测试表明该复合光栅内的两套子光栅的驱动电压V₉₀关键词： 光栅 液晶     

双波长非水溶性光致聚合物全息光栅的研究

介绍了一种对488 nm蓝光和632.8 nm红光均敏感的双色非水溶性光致聚合物制成的二重全息光栅.理论分析得出此光栅的分辨率＞5 000 line/mm,温度变化时中心波长的漂移几乎为零.实验仪器测得光栅的衍射效率最高达到90%以上,而且该光栅具有成本低和一次成型的优点,适合制作波分复用器.与单波长的二重光栅相比,它解决了由于光的相干性出现的串扰问题,串扰更小,所以在制作光栅时两束光不但可以选择角度入射也可以选择平行入射,同时具有良好的波长选择性和角度选择性.     

表面垂直取向对HPDLC光栅特性的影响

为了提高聚合物/液晶（HPDLC）光栅的衍射效率并改善光栅的表面形貌,研究了表面垂直取向处理对HPDLC光栅的影响。首先,研究了表面垂直处理对液晶分子的取向作用,发现垂直取向层对液晶的锚定作用随着盒厚的增加而逐渐减弱,取向层的作用范围大概在3 m ~5 m之间;其次,对相分离程度进行了实验表征,结果表明,随着液晶盒厚度的增加,相分离开始的时间越来越快,并且分离程度也越来越彻底。最后,讨论了表面垂直取向对HPDLC光栅衍射效率的影响,随着盒厚的增加,相分离出来的液晶微滴形成连续的区域,光栅的衍射效率逐渐升高,当盒厚增加到一定程度,其衍射效率和无取向处理的光栅接近。当盒厚过大时,垂直取向处理对HPDLC光栅散射损失并没有太大的改善,只有当盒厚适中（12 m）时,光栅的衍射效率最高,散射损失最小。     

正弦光栅标量衍射及等效介质理论有效性分析

利用严格傅里叶模式理论研究了不同基底折射率、入射角度、归一化周期、归一化沟槽深度对正弦型光栅微结构衍射效率的影响,并分析了该光栅的衍射特性.基于标量衍射理论和等效介质理论,分别计算了光栅周期远远大于和远远小于入射波长时,正弦型光栅的衍射效率,并与傅里叶模式理论的计算结果进行比较,分析标量衍射理论和等效介质理论的有效性.结果表明:在垂直入射条件下,当光栅基质材料折射率为1.5时,标量衍射理论在光栅归一化周期大于5时,能够准确计算光栅衍射效率,误差小于3%;当基底折射率增大到3.42时,只有在光栅归一化周期大于10时,标量衍射理论才有效,误差小于5%;当正弦型光栅透射光中只有0级衍射光传播时,等效介质理论能够准确计算其透射率;随着入射角度的增大,标量衍射理论和等效介质理论的有效性都不同程度地降低.     

光强变化对双中心非挥发光折变局域体光栅的影响

为研究局域体光栅的光折变形成机制及衍射特性,以双中心非挥发全息记录方案为基础,将带输运模型与二维耦合波理论相结合,采用数值模拟的方法.研究紫外敏化光强和记录红光总光强的变化对LiNbO3:Fe:Mn晶体中局域体光栅的影响,并给出定影结束时平均折射率调制、衍射光波振幅及衍射效率的模拟结果.研究发现:记录红光总光强不变时,平均折射率调制随紫外敏化光强增加而增加,而紫外敏化光强的改变对衍射波振幅的分布影响不大,衍射效率随紫外敏化光强度的增大先增大后减小,存在最佳紫外敏化光强,以获得80%以上的最高衍射效率.当紫外敏化光强不变时,随着记录红光总光强的增加,记录折射率光栅逐渐减弱,衍射波振幅分布变得越来越均匀.衍射效率逐渐降低.     

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.     

液晶波前校正器特性研究

利用808 nm大功率连续激光器研究了液晶的光功率承受特性结果表明,当功率密度为133 W/cm2时,液晶还能保持原有的光学调制特性,而且可以长时间稳定工作测定了液晶的波长色散特性,发现,随着波长的增加Δn值逐渐减少,近紫外300~400 nm波段Δn变化47％,而在400~780 nm变化量为28％,在780~900 nm Δn变化了2％还研究了温度对液晶波前校正器衍射效率的影响,随着温度的升高Δn逐渐减小,当温度从10℃升到90℃时,对于16台阶菲涅耳透镜,衍射效率下降了70%;但当温度在20℃变化10℃时,对4台阶菲涅耳透镜衍射效率最大变化量为1.7%,而对16台阶菲涅耳透镜,衍射效率降低了1.2%.     

一种核黄素敏化的宽带全息记录材料

制备了一种核黄素敏化的以聚乙烯醇为基质的新型全息存储材料,并研究了材料的全息特性.用Ar+激光器激发的488 nm的蓝光对材料曝光,结果表明该材料具有较高的衍射效率和曝光灵敏度,衍射效率高达53%,灵敏度为3.3 cm2/J,折射率调制度为4.5×10－4.研究了材料的透过率与随时间和入射角度变化的关系,说明在曝光记录过程中有噪音光栅生成.在存储介质膜中存储了全息图像,再现图像较为清晰,说明该材料适合用作高密度全息存储介质.     

基于多路复用体全息光栅的角度放大器设计

为设计基于多路复用体全息光栅的角度放大器, 建立了多路复用角度放大器(MAM)模型, 从效率均衡性和角度分布均匀性两个方面归纳了其设计规则; 研究了光刻过程中的误差对MAM性能的影响; 分析了实际发散光束对MAM性能的影响. 研究表明:控制光栅空间频率和光栅倾斜角可以实现需要的MAM角度分布, 控制光栅厚度和折射率调制深度可以实现MAM最佳衍射效率; MAM最大复用路数不超过10路; 增大光栅倾角或者记录光与工作光波长之比有利于抑制参考光角度误差带来的MAM出射角分布误差, 减小光栅厚度有利于抑制厚度误差与折射率调制深度误差对衍射效率的影响; 当远场发散角大于光栅角半宽时, 最佳衍射效率下降到50%以下且角度选择曲线失去局部最小值; 增大空间频率或者光栅厚度可以减小所需的折射率调制深度, 增多MAM可复用路数, 但是不利于效率均衡性设计和抑制发散光束的影响.     

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.     

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。     

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.     

纳秒激光刻蚀玻璃基质铬薄膜直写微光栅结构

利用波长为351 nm的半导体泵浦全固态脉冲激光器,采用双光束干涉方法,对蒸镀在石英玻璃衬底上的铬薄膜直接刻蚀形成微光栅结构的方法进行了实验研究.通过实验,分析了激光能量和脉冲数与微光栅结构槽形和一级衍射效率之间的关系.利用光学显微镜和原子力显微镜检测分析光栅槽形,测得槽深为253 nm的最佳微光栅结构,并测得其在波长为532 nm的激光的一级衍射效率为6.5%.结果表明:在激光能量为1 150 μJ时,适当增加曝光脉冲数有利于提高制备光栅的槽深和一级衍射效率.     

纳秒激光刻蚀玻璃基质铬薄膜直写微光栅结构

利用波长为351 nm的半导体泵浦全固态脉冲激光器,采用双光束干涉方法,对蒸镀在石英玻璃衬底上的铬薄膜直接刻蚀形成微光栅结构的方法进行了实验研究.通过实验,分析了激光能量和脉冲数与微光栅结构槽形和一级衍射效率之间的关系.利用光学显微镜和原子力显微镜检测分析光栅槽形,测得槽深为253 nm的最佳微光栅结构,并测得其在波长为532 nm的激光的一级衍射效率为6.5%.结果表明：在激光能量为1 150 μJ时,适当增加曝光脉冲数有利于提高制备光栅的槽深和一级衍射效率.     

梯形介质膜光栅衍射特性分析

基于严格耦合波理论建立了梯形介质膜光栅的衍射机理模型,利用该模型讨论了底角为70°的梯形介质膜光栅-1级的衍射行为.通过对梯形介质膜光栅的占空比、槽深和剩余厚度的优化,设计了应用于1053 nm和51.2°角度入射的梯形介质膜光栅.对于顶层为HfO2的介质膜光栅,当槽深为200 nm,剩余厚度为100 nm,占空比为0.35时.其衍射效率优于99.5%,而对于顶层为SiO2的梯形光栅,为获得99.5%的衍射效率.其槽深为800 nm,剩余厚度为320 nm.而且,获得同样的衍射效率,顶层为HfO2的梯形光栅具有更宽的光谱特性.数值计算表明,严格耦合波理论模型对梯形介质膜光栅衍射效率的计算具有很好的收敛性和稳定性.     

不同记录光强下辅助紫光对菌紫质薄膜全息衍射效率的影响

具有光致变色效应的菌紫质薄膜可用作可擦重写型全息记录介质. 在全息记录过程中,由于菌紫质薄膜对记录光的散射和反射引起记录光栅对比度下降,当记录光较弱时,这种影响较小,可以忽略;但当记录光较强时,散射和反射光对记录光栅的影响很大,必须考虑它们对光栅对比度的影响才能对实验结果进行合理的解释. 实验发现在不同的记录光强下辅助紫光对衍射效率动力学曲线的影响不同,当记录光强较弱时,加入辅助紫光可以提高衍射效率的稳定值、抑制峰值;而当记录光强较强时,加入辅助紫光除了提高衍射效率的稳定值外,还可以提高衍射效率的峰值. 关键词： 菌紫质 衍射效率 干涉条纹对比度     

含双引发剂的光致聚合物全息特性研究

制备了一种三乙醇胺与N-苯基苷氨酸为共同引发剂的丙烯酰胺基光致聚合物全息存储材料,并用He-Ne 激光器633 nm波长的光对样品进行曝光测试.实验表明,与单引发剂的光致聚合物相比,薄膜的质量有一定的提高,在曝光灵敏度变化不大的情况下,衍射效率有很大提高.优化两种引发剂浓度后,此种共同引发的光致聚合物材料呈现的衍射效率达到54%,曝光灵敏度为1.85×10－2cm2/mJ.还研究了此种光致聚合物的透过率随曝光时间和曝光强度的变化,说明此种光致聚合物材料内部均匀性好,对光的散射小.     

可擦写俘精酸酐/PMMA薄膜的全息记录特性研究

对一种新型可擦写有机光致变色材料-吡咯俘精酸酐的光全息记录特性进行了实验研究.用涂布法制成厚度约10 μm 的吡咯俘精酸酐/PMMA聚合物薄膜.样品无色态吸收峰在373 nm处,经紫外光照射发色后,变为呈色态,其吸收峰移动到626 nm处,呈色态在氦氖激光照射下可以重返为无色态.无色态和呈色态在室温下都是稳定的.以呈色态吡咯俘精酸酐/PMMA薄膜作为记录材料,以氦氖激光作为记录光,分别建立了双光束干涉衍射记录装置和四波耦合实验系统.实验测得该薄膜的空间分辨率至少可以达到1680 lines/mm,一级衍射效率大于2%,全息记录中的最佳曝光量约为1 J/cm².实验测量了衍射效率与曝光量的特性曲线,分析了衍射光强度和光斑模式随曝光时间的变化关系.