单棱镜共光路干涉法制作多结构二维光子准晶

提出一种共路干涉装置用于复杂结构亚微米尺度光子准晶的大面积制作.改变样品旋转角度和曝光次数,设计多种不同旋转对称性的准晶结构,并给出相应的衍射模式以证明其多重旋转对称性.利用该装置可以制作任意复杂结构、任意旋转对称度的准晶结构.同时,分析了旋转轴和旋转角存在偏差时对准晶结构的影响.另外,采用该装置实验制作了十重准晶结构,并用原子力显微镜和衍射测量表征该准晶的长程指向性和十重旋转对称性,实验结果表明:十重晶格结构的直径为1.2μm,最小结构单元尺寸为377nm,与理论设计尺寸1.25μm和392.5nm相比,误差为4%.理论设计和实验结果一致性很好,对研究以光子带隙为基础的纳米光子学器件具有重要的指导意义.     

十次对称准晶的光电导率

讨论了十次对称准晶的光电导率，推导了十次对称准晶在周期方向和准周期平面不同的光电导率的计算公式，并以此计算了十次对称准晶Al₆₅Co₁₇Cu₁₈的光电导率，得到了与实验值相当符合的结果. 关键词： 准晶 光电导率     

基于菲涅耳双棱镜分波前干涉装置的全息光栅制作实验

不同于传统全息光栅制作教学实验中的分振幅干涉光路,提出了利用准平行相干光源照射菲涅耳双棱镜实现分波前干涉制作全息光栅的方法.利用菲涅耳双棱镜分波前光路分别演示了单个双棱镜制作一维全息光栅和2个棱脊正交菲涅耳双棱镜制作二维全息光栅.实验过程中可通过多种方法对干涉条纹间距和光栅常量进行估算,丰富了干涉实验内容和光栅制作实验...     

全息光栅非对称曝光显影的理论模拟及实时监测

两束记录光非对称入射必然造成光刻胶中潜像光栅"沟槽"的倾斜,进而影响显影后光栅沟槽的形状。特别是在凹面全息光栅的制作中,两束记录光一般都是非对称入射。为了能够从理论上分析并指导非对称全息光栅的制作,建立了非对称曝光、显影理论模型,重点分析了两束记录光从光栅表面一侧照射的情况。运用此模型模拟了光栅沟槽的形成过程,计算了全息光栅制作中非对称曝光、显影的实时监测曲线。理论计算显示,非对称曝光下,曝光实时监测曲线和显影实时监测曲线变化趋势与对称曝光时相同,只是衍射效率值不同,这与实验结果吻合;数值模拟光栅沟槽的演化发现,非线性效应特别显著时得到的沟槽为倾斜矩形,非线性效应比较显著时得到的沟槽为非对称梯形,非线性效应受到抑制时得到的沟槽为非对称性不明显的正弦形,这与实验结果一致。该模型能够有效地指导全息光栅掩模的制作,有助于为离子束刻蚀工艺提供所需的合格掩模。     

一维短沟槽复合准晶结构减阻效应及模拟分析

本文测试了人工构建的一维短沟槽复合准晶结构对流体的减阻性能,并与一维短沟槽复合周期结构和一维沟槽周期结构的流阻进行了对比.实验结果表明,一维短沟槽复合准晶结构的减阻效果优于一维短沟槽复合周期结构,其中一维短沟槽十二重复合准晶结构的减阻效果最佳,同时与一维沟槽周期结构具有同样的减阻效果.在机理分析方面,建立了二维光栅的夫琅禾费衍射波模型,对通过一维短沟槽复合准晶结构的波谱特征进行模拟分析. 频谱分析表明,经过二维准周期光栅的相干波强度谱具有谱带结构特征,抑制了大角度方向上的强峰形成.这一结果与流体流过一维短沟槽复合准晶结构相对应,展向上的准周期结构在激活边界层微扰动的同时,也使得二次涡分布比较均匀,从而抑制了展向强扰动的形成,所以能够有效减小流阻.     

基于双光栅的马赫-曾德尔干涉仪的初步研制

设计和初步制备了基于双光栅的等臂和不等臂马赫-曾德尔干涉仪,两个衍射光栅分别用作光束分裂器和光束复合器.来自激光器的平行光束透过第一光栅后产生多柬衍射光,等臂干涉仪使用两个平面反射镜反射两束对称衍射光至第二光栅的同一位置并产生完全重合的衍射条纹,即每束衍射光包含两个成分.利用光探测器监测任一束重合的衍射光束,该光束两成分之间的相位差随时间的变化就能够被准确测定.而不等臂干涉仪仅使用一个反射镜反射某一束衍射光并使之与零级光束透过第二光栅后产生完全重合的衍射条纹.通过使用一个厚度为50μm的玻璃片来改变相位差,对不等臂干涉仪的干涉效果进行了测试,得到了与理论值相符的实验结果.     

利用光敏光纤制作少模光纤布喇格光栅

利用相位掩模技术在光敏光纤中制作出了少模光纤布喇格光栅,1.06μm波长附近有2~3个特征峰,峰值约4~5 dB.对这种光纤光栅的特性进行了分析,结果表明理论与实验结果符合得较好,并对光纤光栅的温度特性进行了实验研究和理论分析,实验结果测得光纤光栅的温度敏感度为9~10 pm/℃.     

全息光栅制作光路的比较研究

利用两束平行光相干叠加制作全息光栅具有成本低、易实现的优点。平息光栅的制作作为设计件实验具有灵活、多样性,值得推广。本文根据两束相干平行光产生机理,将全息光栅制作分为分振幅法和分波面法两大类型。在分析比较常见的7种不同光路的基础上,又提出了菲涅尔双面镜、杨氏双缝和洛埃镜法三种光路。这些结果对学生实验和实际全息光栅制造具有指导意义。     

利用平面平晶反射干涉制作低频全息光栅

基于对光栅制作方法优缺点的分析,提出了利用平面平晶双光束干涉原理制作低频全息光栅的方案.在保证光栅质量的前提下,简化了原有全息光栅制作的光路,实验证明简化后的光路是可行的,所制得的全息光栅可用于光学教学实验.     

准晶结构的激光全息人工制作

报道了用激光全息刻写技术结合感光聚合材料体系制作介观尺度二维准周期结构(准晶). 并在前期工作的基础上，研究了不同曝光量对二维空气柱孔径的影响，不同偏振对准晶结构花样的影响. 实验结果显示，可以制作的二维准晶的空气柱孔径可达100nm，而且结构均匀，无缺陷面积大. 用此实验系统可以制作多种花样二维甚至是三维准晶结构. 目前，除激光全息刻写技术外，用其他传统精密机械加工技术来人工制作介观准晶体尚存在很大挑战性. 关键词： 准晶结构 光子晶体 激光全息技术     

光发射谱测量发现准晶能带结构

固体能带论将电子在晶格中的运动表述为布洛赫波 (振幅受晶体周期调制的一系列不同波长ｋ的平面波 ) ,它是近代固体物理学的范式之一 .1984年 ,由于准晶的发现 ,能带论的适用性受到了挑战 .今天 ,随着准晶研究的不断深入 ,人们终于在能带论和准晶之间找到了新的契合点 .晶体的平移周期性是指将一种基块无空隙、不重叠地堆砌 ,即可构建出整个晶格 .对于准晶来说 ,情况却大相径庭 .研究表明 ,为了构成 5次对称或10次对称的二维准晶 ,或者至少需要两种基础拼块 ,或者 (在使用一种拼块的条件下 )应允许拼块的复叠 (ｃｏｖｅｒａｇｅ) .复叠概念…     

计算全息位相补偿法制作全息凹面光栅的设计与实验

本文提出了一种新的方法,用计算全息图作为位相补偿元件,对光学系统中的一束平行光进行调制来制作全息凹面光栅.比较了这一方法的优越性,并提供了设计小象差凹面光栅的一种方案,推导了计算全息图补偿器的数学表达式,设计并制作了6001/mm的Ⅲ型全息凹面光栅,介绍了实验光路及试验验证结果.     

蜻蜓眼睛光栅

介绍了蜻蜓眼睛光栅的制作过程.通过对蜻蜒眼睛光栅的衍射图样进行分析、测量和计算,从而推出蜻蜒眼睛光栅的结构和光栅常量,推测结果与电镜下拍到的结果基本一致.用3片互成60°的普通一维光栅做成二维三重光栅,通过实验和计算机编程2种方法得到的衍射图样与蜻蜒眼睛光栅的衍射图样非常吻合.     

二维激光阵列逆达曼光栅相干合束理论研究

采用逆达曼光栅及相位补偿原理将多束锁相相干的阵列激光合成为远场单一主瓣光束是一种实现高功率和高亮度相干合束的技术方案.以5×5和32×32二维相干激光阵列为例进行了理论模拟分析,同时分析了逆达曼光栅相干合束实验中相位板相位误差、逆达曼光栅对准误差和放置角度误差对合束效率的影响.理论分析及数值模拟计算结果表明,逆达曼光栅...     

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.     

透射光栅的实验标定和衍射效率的理论模拟

透射光栅广泛应用于软X射线能谱测量.为了获得用于惯性约束聚变研究的透射光栅的各级衍射效率及其他参数,在北京同步辐射源上200—1600 eV能量范围内对其进行了标定,获得了透射光栅衍射效率的实验结果.扩展了透射光栅衍射效率的计算方法,提出了7边准梯形截面衍射效率计算模型.分析拟合了实验数据,理论结果与实验结果很好符合.得到了7边准梯形的透射光栅栅线截面结构. 关键词： 透射光栅 衍射效率 实验标定 光栅模型     

晶体几何系列之三 准晶是高维晶体投影的证明

晶体中原子的排列具有平移对称性,平移对称性限制了晶体只有n=1,2,3,4,6次转动对称。发现有8-次,10-次,12-次转动对称的准晶。准晶结构是高维晶体结构的投影。晶体和准晶的定义统一于点状衍射花样。     

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.     

多层介质膜偏振无关光栅的研制

介绍了一种应用于光纤激光光谱合束的高衍射效率多层介质膜偏振无关光栅的设计及制作,给出了设计参数、制作流程和最终制作的偏振无关光栅的测量结果,在1.044~1.084μm波长范围内,实验测得的TE偏振光、TM偏振光的平均衍射效率分别为89.7%,93.8%。     

基于级联体光栅的光纤激光阵列谱组束

提出了一种基于级联体光栅(VBG)的谱组束方案,组柬阵元数可随级联体光栅的数目倍增.给出了一个双光栅级联谱组束系统实例,将组束阵元按波长分为两组,利用具有相应波长选择性的体光栅分别对它们进行组束,由于两个级联体光栅的角度选择性互不重叠,所有光束经第二个体光栅后都沿其布拉格(Bragg)角方向出射,实现近场和远场的功宰叠加.为保证各光束传播方向的一致性,采用严格耦合波理论推导出了准确计算光束入射角的解析式.数值计算结果表明各光束的平均衍射效率优于80%,在入射角偏离理论值不超过±5'(≈2.424×10-5rad)的条件下组束光中所有光束的传播方向偏差小于4×10-7rad.