光栅衍射效率的二阶标量近似法研究

详细介绍了计算光栅衍射效率的二阶标量近似法,推导出一种简单有效的计算光栅衍射效率的近似公式.给出了利用近似公式对几种情况下光栅衍射效率的计算结果,并与普通标量法、严格矢量法的计算结果进行了比较.     

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.     

甚长波量子阱红外探测器光栅耦合的研究

采用平面波展开的散射矩阵方法研究n型甚长波量子阱红外探测器的二维衍射光栅，并同时从实验方面研究了其红外透射光谱.研究表明，n型量子阱器件的光栅耦合是传输场和倏逝场共同作用的结果.对于n型量子阱红外探测器的光栅耦合，光栅周期、光栅深度和占空比三者之间相互影响；要达到好的光学耦合效果，需要根据量子阱器件的峰值探测波长选择合适的光栅参数. 关键词： n型量子阱红外探测器 二维光栅 光耦合     

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.     

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.     

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。     

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     

软X射线位相型金透射光栅的设计与制作

根据衍射光栅的标量理论,计算并讨论了金透射光栅在软X波段衍射效率对光栅厚度和占宽比的依赖关系.结果表明,选择合适的光栅槽深和占宽比,高达 21.9%的衍射效率可能被获得,远高于振幅型光栅的+1级衍射效率10.14%.通过全息光刻与电镀转移技术制作的位相型金透射光栅由300nm的聚酰亚胺薄膜支撑,光栅槽深200nm,占宽比为0.55,周期为1μm,面积为20mm×5mm.在国家同步辐射装置上,测得其+1级透射衍射效率在波长λ=7.425nm时获得最大值,约为16%. 关键词： 透射位相光栅 全息光刻 电镀     

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     

对称面形光栅TE模的衍射特性

本文采用耦合波方法计算了对称面形光栅的衍射效率,分析了光栅截面面形为正弦、三角形、矩形、梯形光栅衍射效率与光栅周期、沟槽深度的关系,计算了光栅的峰值衍射效率。理论计算表明:合理地选择光栅周期、沟槽深度,对称面形光栅都可以达到很高衍射效率,接近100%;光栅的峰值衍射效率基本出现在Bragg衍射且光栅的周期等于衍射波长时。     

Period interaction on diffraction efficiency of blazed transmission gratings

The period interaction on diffraction of the blazed transmission gratings is analyzed with a modified extended scalar theory. For one certain period, the lights reflected from the neighboring structures can be refracted by the grating facets and form two extra fields on the bottom facet of blazed transmission gratings. The effects of this period interaction versus several diffraction orders for a fixed fabrication error of blazed transmission gratings with intermediate structures are discussed for both TE and TM polarizations. The results have been compared with those obtained with finite-difference time-domain method.     

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     

共振域矩形介质光栅的逆向设计

采用模态法研究了共振域光栅分束器及闪耀光栅等光学器件的设计原理及逆向设计方法,给出了-1级非偏振闪耀光栅的典型设计示例。研究表明,自准直角入射时,光束在光栅内传输将激发产生离散模,通过调节离散模透过光栅传输时的累积相位差,可对衍射光进行调控,实现偏振(非偏振)分束、偏振(非偏振)闪耀等功能。采用严格耦合波法对基于模态法逆向设计的-1级非偏振石英闪耀光栅的几何参数进行验证,计算结果显示两者非常吻合,证明了该方法的正确性。     

处理金属闪耀光栅的多次基尔霍夫积分法

在散射场「通过菲涅耳（Ｆｒｅｓｎｅｌ）反射系数决定于入射场」的边界条件铁定理及等效场原理的支持下,完善了金属闪耀光栅的多次基尔霍夫（Ｋｉｃｈｈｏｆｆ）积分方法;并以利特罗（Ｌｉｔｔｒｏｗ）安装及固定偏向角安装的理想金属导体闪耀光栅对不同波长平面电磁波衍射效率的计算实例,探讨了此方法的稳定性与自洽性。     

小角度衍射噪声光栅滤波方法研究

针对因衍射等原因引起的小角度差光噪声信号,探讨了利用闪耀光栅的2级闪耀,实现角度差放大,提高空间低通滤波器适应性的滤波新方法。理论分析和模拟仿真表明,对于小于5°的角度差,可实现3倍以上放大。放大所需闪耀光栅的频率与入射单色波长成反比,波长越长,所需光栅频率越低。与正的斜入射角相比,负斜入射角度差的放大倍数更大。当负斜入射角超过一定值时,会因为全反射角的限制而导致斜入射2级闪耀不存在,只保留了有效信号的2级闪耀,滤波效果更好。     

Numerical reconstruction stability of fiber Bragg gratings

Traditional algorithms for solving the inverse scattering problem for a fiber Bragg grating are described, and a new numerical method for this problem is developed. The method is based on the fast inversion of a matrix using its Toeplitz symmetry and on a special “inner-bordering” procedure. It is shown that the method is equally efficient as the well-known discrete layer peeling method but exceeds the latter in accuracy, especially for high-reflectance gratings. The stability of the proposed method with respect to initial data errors is demonstrated.     

计算凹面闪耀光栅衍射效率的通用方法

为使凹面光栅的衍射能量更多地集中在所需要的级次上,提出了利用机械刻划的方法在凹面基底上制作变刻槽角度的凹面闪耀光栅,并利用菲涅耳-基尔霍夫衍射公式推导了同时在主截面和非主截面内计算凹面闪耀光栅衍射效率的理论方法,弥补了以往只在主截面内考虑衍射效率的不足,最后利用Matlab仿真软件模拟了衍射效率随波长的变化曲线,并对比了在不同制作和使用参数下衍射效率峰值的变化规律,为今后凹面光栅的设计和制作提供了参考价值。     

Fresnel formulation for multi-element lamellar diffraction gratings in conical mountings

A formulation of the modal method for multi-element dielectric lamellar diffraction gratings is presented. It combines the conventional semi-analytic Kronig–Penny formulation with a Fresnel scattering matrix approach to the solution of the diffraction problem. The theory is intuitive, applicable to complex geometries, and provides insight into diffraction grating physics. With the Fresnel matrix extensions the method potentially has greater generality than other formulations, and is applicable to non-trivial waveguide problems, such as characterizing the coupling between 1D photonic crystal waveguides. A numerically stable way of using the modal method for multilayer stacks of lamellar gratings is described.     

Fresnel formulation for multi-element lamellar diffraction gratings in conical mountings

A formulation of the modal method for multi-element dielectric lamellar diffraction gratings is presented. It combines the conventional semi-analytic Kronig-Penny formulation with a Fresnel scattering matrix approach to the solution of the diffraction problem. The theory is intuitive, applicable to complex geometries, and provides insight into diffraction grating physics. With the Fresnel matrix extensions the method potentially has greater generality than other formulations, and is applicable to non-trivial waveguide problems, such as characterizing the coupling between 1D photonic crystal waveguides. A numerically stable way of using the modal method for multilayer stacks of lamellar gratings is described.     

Formation of blazed holographic gratings

Various methods for the recording of blazed holographic diffraction gratings are presented and the regions in the wavelength-groove density plane for which they can be used are shown. The gratings are made in the positive photoresist Shipley AZ-1350. The diffraction efficiency for s and p polarization was measured as a function of wavelength and angle of incidence. An absolute efficiency of 80% was achieved.