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.     

严格耦合波法计算闪耀光栅衍射效率

针对一般标量近似算法精度不高的问题,提出采用S矩阵的严格耦合波的方法计算光栅衍射效率.通过建立完整的闪耀光栅理论模型,对各分层电磁场进行傅里叶级数展开,采用散射矩阵方法求解各谐波系数,完成衍射效率计算.该方法已应用到红外光栅TE和TM 2种模式衍射效率的计算.分析了散射矩阵解决数值运算不稳定的原因,通过与标量近似计算方法进行比较,说明红外光栅衍射偏振特性.     

计算平面光栅衍射的一种方法

基于无源均匀媒质中标量电磁场量的平面波展开式 ,获得平面光栅衍射场分布的一般公式 ,其系数由光栅上场分布的傅里叶逆变换得到 ;作为特例 ,给出黑白光栅和正弦光栅衍射场分布的公式 ,与用菲涅耳 基尔霍夫积分公式法得到的结果一致 .     

相位掩模的近场衍射特性分析

用相位掩模法制造光纤光栅是一种简单、有效的方法.本文用标量衍射理论对相位掩模的近场衍射特性进行了分析,讨论了各级衍射光形成的干涉条纹的分布情况,得到了一些有益于光纤光栅制造的结论和有用公式.     

应用傅里叶综合法设计最佳闪耀全息光栅

本文叙述了闪耀全息光栅的概念及如何用傅里叶综合法实现最佳设计的方法.根据标量电磁理论推导了有关理论公式,进行了较详细的数值计算.进而讨论计算和选择设计参数的技巧,引进了两个与光栅衍射效率有关的参数:轮廓深度的比值B和相移(?).指出为了使闪耀全息光栅对特定的衍射级次求得最佳衍射效率,必须从B和(?)的取值中选出两个最佳值,并且在实际制造时对这两个参数加以正确的控制.     

ICF系统中全息透镜聚焦特性及衍射效率分析

 根据全息透镜的工作原理，利用光线追迹法对其聚焦特性进行了理论分析。使用标量衍射法分析了全息透镜的衍射效率，讨论了不同的光栅槽型对其衍射效率的影响。对分析过程中所涉及到的有关近似处理方法的使用和影响进行了说明，讨论了全息透镜用作取样光栅的优点。     

透射光栅衍射效率的通用模型

在远场条件下采用夫朗和费衍射近似,经过波动光学的计算推导,得到透射光栅各级绝对衍射效率及相对衍射效率通用计算模型. 此模型可以用来计算任意栅线截面情况下透射光栅的衍射效率. 利用此模型,分别建立了矩形、梯形和5边准梯形截面的衍射效率计算模型,并对模型正确性进行了验证. 关键词： 透射光栅 衍射效率 数值模拟     

N阶闪耀光栅衍射理论分析

首先用标量衍射理论导出一般周期物射效率的推论，然后求出了Ｎ阶二元闪耀光栅衍射效率公式；最后分别对理想情形和有误差情形进行了讨论。     

自支撑透射光栅的设计、制作和测试

采用标量衍射理论和严格耦合波理论分别计算和讨论了金自支撑透射光栅的衍射效率随波长和光栅周期变化的情况并设计了光栅的结构参数.制作了周期为300 nm、线宽/周期比为055、厚度为200 nm、总面积为1 mm×1 mm、有效面积比为65%的金自支撑透射光栅.在国家同步辐射实验室检测了该光栅在55—38 nm波长范围内的绝对衍射效率.检测结果表明所制作的光栅在8 nm附近具有接近10%的最大衍射效率,并且该光栅对于波长15—35 nm范围内的极紫外波段具有基本稳定的衍射效率.     

自支撑透射光栅的设计、制作和测试

采用标量衍射理论和严格耦合波理论分别计算和讨论了金自支撑透射光栅的衍射效率随波长和光栅周期变化的情况并设计了光栅的结构参数.制作了周期为300 nm、线宽/周期比为055、厚度为200 nm、总面积为1 mm×1 mm、有效面积比为65%的金自支撑透射光栅.在国家同步辐射实验室检测了该光栅在55—38 nm波长范围内的绝对衍射效率.检测结果表明所制作的光栅在8 nm附近具有接近10%的最大衍射效率,并且该光栅对于波长15—35 nm范围内的极紫外波段具有基本稳定的衍射效率. 关键词： 自支撑透射光栅 电子束光刻 电镀     

小周期二元光学元件的矢量分析

详细地介绍了一种可用于分析大口径大视场二元光学系统的光栅矢量分析法－－ＢＫＫ 种方法适用于光栅周期处于波长量级、任意光栅轮廓及倾斜入射时的衍射率计算。给出 计算结果,并与标量近似计算结果进行比较 。     

High efficiency terahertz diffraction grating with trapezoidal elements

A newly designed grating used in terahertz region is proposed, which is composed of the trapezoidal elements repeated successively along one dimension of the substrate, and uniform interval(the grating period) repeated along the other dimension. The transmission of the grating owns a designable trapezoidal profile dependent on the geometric dimensions of the element. The far-field diffraction patterns of a designed grating at incident broadband terahertz frequencies, with element dimensions of upper, lower side and period of 50, 250, and 300 μm, respectively, are simulated by the scalar diffraction theory. The simulation results indicate that the terahertz grating exhibits a property of single-order diffraction,and the diffraction efficiency of the first order reaches 6.6%, exceeding that of a traditional sinusoidal amplitude grating with identical period and duty cycle. Owing to the regular architecture and the high single-order diffraction efficiency, the grating is easy to fabricate and shows great potential applications in single-shot spectral measurements of weak broadband terahertz pulse.     

亚波长闪耀光栅矢量衍射效率计算

将矢量衍射数值算法—严格耦合波分析用于精确计算亚波长闪耀光栅的衍射效率,并分析其衍射特性。建立了闪耀光栅的电磁介质模型,并将楔形不规则结构简化为多层矩形光栅结构,通过电磁场的介质分布建立严格耦合波方程。根据边界条件求解出各层的电磁场分布,再通过增透矩阵方法将各层电磁场依次迭代,求解出了整个结构的衍射效率。计算分析显示,对闪耀角为11.3°、周期为500 nm的金属铝闪耀光栅可以得到高于90%的衍射效率和相应的闪耀级次。实验表明这种矢量衍射数值算法具有较高的准确性,可以推广应用于高致密刻线复杂光栅的衍射计算分析。     

高衍射效率亚波长结构Dammann光栅的设计

传统的Dammann光栅是基于标量衍射理论设计的二值相位等光强分束器件，其衍射效率的典型值为80%左右.基于严格耦合波分析理论和遗传算法，提出了一种设计亚波长结构Dammann光栅的新方法，且该新型二值相位光栅具有较高的衍射效率.同时利用自编的仿真程序包设计了多个光栅，并分析了制作误差对其衍射效率和光强均匀性的影响.仿真结果表明，用该方法所设计的Dammann光栅的衍射效率超过92%.     

1000线/毫米软X射线自支撑闪耀透射光栅的设计与制作

基于标量衍射理论讨论了软X射线自支撑闪耀透射光栅的特性并设计了光栅的结构参数. 采用全息光刻和湿法腐蚀技术, 成功制作了周期1 μm、占空比0.1---0.2、高宽比约100、栅线厚度10 μm、 有效面积比为65%的自支撑闪耀透射光栅. 单元尺寸为15mm× 15mm的硅绝缘体上含有四个5 mm× 5 mm的自支撑闪耀透射光栅窗口. 在国家同步辐射实验室检测了该光栅在5---50 nm波长范围内的衍射效率. 波长扫描测量结果表明, 闪耀效应明显地发生在类似镜面的光栅侧壁镜面反射方向上, 闪耀级次位置及其特征与标量理论预测的一致. 衍射效率的实测结果基本与理论模拟符合, 只是因光栅结构上的缺陷致使衍射效率偏低, 峰值只有理论值的38---49%. 实验结果证明了闪耀透射光栅的概念和湿法制作工艺的可行性.     

灰度狭缝扫描制作多台阶光栅的工艺研究

采用灰度狭缝进行矢量化的直写,使平台沿着垂直狭缝的方向运动,获得了具有台阶结构的光栅槽型,编写了与DXF文件一致的接口直写控制程序。该方法对成像视场要求低,可以制作大面积光栅。以色分离光栅(CSG)为例,用标量衍射理论分析了CSG的衍射效率,讨论了工艺制作误差对衍射效率的影响,并给出了初步的实验结果。     

浅析应用光栅方程满足的实验误差条件

应用光栅方程测量光栅常数或光波波长,若入射光偏离垂直光栅平面方向将导致测量结果出现误差,本文分析了在入射平面内倾斜入射的角度与实验误差的关系。     

The compensability between the longitudinal and transverse mismachining tolerance of grating in the optical pick-up head

In this paper numeric analysis is made to the influence of the longitudinal mismachining tolerance (LMT)and the transverse mismachining tolerance (TMT) of the grating in the optical pick-up head (GOPH) of VCD, DVD, and CD-ROM on the transmissivity and the intensity ratio of the auxiliary light beam to the main read-write light beam (IRAM) by using the general expression of diffraction efficiency obtained from the scalar diffraction theory. On solving GOPH problem, the scalar diffraction theory and the vector diffraction theory are coincident, and the scalar diffraction theory is reliable. The result shows that LMT and TMT can compensate for the inverse effect of IRAM, however, at the expense of reducing transmissivity. As far as GOPH is concerned, the goodness that LMT and TMT can be effectively compensated for is very advantageous in manufacturing of the grating.     

梯形透过率光栅远场光强分布及光栅方程的解析推导

二值化梯形透过率光栅是一种具有离轴衍射级次的二维光栅,其各衍射点光强信息和位置信息的确定对该新型光栅的实际应用具有重要意义。然而,目前尚无相关解析理论对其进行合理的描述。为了解决上述问题,通过二维傅里叶变换方法获得了该光栅各个衍射级次光强分布的解析表达式,并根据二维光栅的结构特征给出了在透射式和反射式情况下该光栅满足的光栅方程。这为该新型光栅的光线追迹计算打下了理论基础。最后,将解析表达式计算结果与采用X-Lab软件标量衍射模块计算的数值模拟结果进行比较,验证解析理论的正确性。