基于Talbot效应的掺镁铌酸锂二维六角位相阵列光栅的研究

本文系统研究了基于泰伯效应(Talbot) 的位相可调掺镁铌酸锂二维六角位相阵列光栅及其光衍射成像, 对光栅占空比D、不同位相差Δφ、及泰伯分数β条件下的光栅近场光衍射强度分布进行了理论研究, 结果表明当光栅占空比D=52%、位相差Δφ=0.75 π、 泰伯分数β=0.2时, 光栅近场衍射光图像效果最佳. 实验设计与 制备了掺镁铌酸锂二维六角位相阵列光栅, 并对其进行了Talbot衍射光成像实验研究, 得到了不同位相差和不同泰伯分数β条件下光栅近场衍射 光图像, 实验结果与理论研究结果相符. 关键词： 二维六角位相阵列光栅 掺镁铌酸锂晶体 泰伯效应     

基于周期极化掺镁铌酸锂晶体的六角可调相位阵列光栅

研究了基于周期极化掺镁铌酸锂(PPMg…LN)晶体的二维六角可调相位光栅及其Talbot效应光衍射成像。理论模拟不同相位差及分数Talbot距离条件下的近场光衍射强度分布,计算取样区内衍射强度随相位差和分数Talbot距离的变化,给出相位差恒定及变化情况下取样区强度最大值的位置。在理论研究基础上,设计与制备PPMg…LN六角可调相位阵列光栅,并进行了Talbot衍射成像的实验研究,实验结果与理论研究吻合较好。     

畴腐蚀掺镁铌酸锂可调阵列光分束器的研究

研究了不同畴腐蚀深度的掺镁铌酸锂二维六角可调阵列光分束器的分数Talbot效应.对不同Talbot分数β和不同畴腐蚀深度的阵列光分束器Talbot衍射像进行了数值模拟理论研究.模拟结果表明,Talbot分数β可以改变Talbot衍射像的周期及结构分布,而畴腐蚀深度可有效调制衍射像的光强分布.在理论研究的基础上,设计并制备了具有不同畴腐蚀深度的掺镁铌酸锂二维六角阵列光分束器,对其在不同Talbot分数β条件下的分数Talbot效应进行了通光实验研究,实现了畴腐蚀阵列光分束器对近场Talbot衍射光强分布的调制,实验结果与理论研究结果一致.     

啁啾超短脉冲光波照射下光栅Talbot效应的研究

应用傅里叶频谱分析法，给出了光栅在啁啾超短脉冲光波照射下菲涅耳衍射方程并分析了其Talbot效应. 数值计算表明，在Talbot距离处的衍射光强不仅与照射的超短脉冲光波的宽度有关，而且与脉冲光波的啁啾有关. 根据光栅在Talbot距离处衍射光强的变化，给出了一种检验超短脉冲光波是否含有啁啾的简单方法. 关键词： 光栅 菲涅耳衍射 Talbot效应 啁啾超短脉冲激光     

高斯光束照射下的近似Talbot自成像效应及其两种新应用

本文讨论了高斯光束照明下的Talbot近似自成像的性质.提出了利用Talbot自成像测量高斯光束发散角的简便方法;也提出在满足一定条件下,可得到自成像的超高倍放大率.     

超短脉冲激光照射下光栅Talbot效应的实验研究

理论上研究了超短脉冲激光照射下光栅的Talbot效应,得到了超短脉冲激光照射下光栅Talbot图像的性质.实验上采用严格的实验方法(频率分辨光学开关装置测量超短脉冲激光、反射式扩束系统对超短脉冲进行扩束)很好地验证了理论分析结果.理论分析和实验结果表明,超短脉冲激光照射下光栅的Talbot图像的对比度会显著下降,而且超短脉冲激光的脉宽越短,Talbot距离越大,Talbot图像的对比度会进一步下降.     

利用Gyrator正则变换实现环形激光阵列的Talbot效应

本文对环形激光阵列的Talbot效应进行了研究,利用Gyrator正则变换推导了极坐标下环形激光阵列的Talbot效应和自成像条件,并进一步分析了其在分数Talbot距离处的成像规律.通过FDTD Solutions软件对环形激光阵列在分数Talbot距离处的空间分布、相位分布进行模拟,得到与理论计算相一致的结果.通过与一维激光阵列分数Talbot效应的空间分布、相位分布情况进行对比分析,环形激光阵列可有效消除一维激光阵列的Talbot边缘效应,获得等光强分布的Talbot自再现像,扩展了Talbot效应在环形激光相干阵列锁相的应用.     

Talbot效应的空间方法

对于照明光束方向与物光栅平面法线方向呈任意角度的情况作了研究。证明了Talbot像平面与物光栅平面平行。还给出了特殊情况下的Talbot像强度的分布。     

部分相干光栅衍射效应和干涉术

本文提出一种新的部分相干照明的光栅衍射干涉仪.先分析了光栅的介于Talbot和Lan效应之间的部分相干衍射效应.部分相干干涉图的特点是条纹由频率成倍的两种光栅状载波所表征.调整光源狭缝,系统在两相干性极端分别转成Talbot和Lau干涉仪.理论分析采用了模糊函数方法.最后给出了实验.     

外加电场调制二维六角位相阵列光分束器的研究

本文建立了外加电场调制二维六角位相阵列光分束器的倒格矢理论模型, 利用数值模拟方法开展了阵列光分束器的理论研究, 对可调位相差阵列光分束器进行了分析, 得到了不同分数泰伯距离以及外加电场条件下的光强分布图. 实验设计与制备了铌酸锂二维六角位相阵列光分束器, 并对其进行了Talbot衍射光分束实验研究, 当外加电压为0.5 kV(电场为1 kV/mm)时, 观测到了Talbot衍射光分束现象, 随着外加调制电场的增大, 其衍射光分束图像越清晰, 该实验结果和理论研究结果相符.     

基于Talbot效应的可调位相差二维六角位相阵列器的理论研究和数值模拟

系统研究了基于Talbot效应的光栅阵列器,利用数值模拟方法开展了阵列器的理论研究,对二维振幅型与固定位相差型阵列器进行了分析,通过外加电场调制位相差可以很好的解决二维振幅型与固定位相差型阵列器后z处光强分布不可调节和工作易受温度影响的问题.推导了外加电场调制位相差位相型阵列器实现均匀光强分布的理论模型,并验证了Paturz等人的实验结果,为此种新型阵列器的研究提供了基础.     

在超短脉冲照射下光栅的瞬时Talbot效应的研究

本文给出了光栅在超短脉冲照射下其瞬时Fresnel衍射光场的解析解.对该解析解的数值计算表明:当脉冲光波的半极大值全宽Δτ在几十个fs内,光栅的瞬时Talbot自成象现象消失,且Δτ越小或距离越远,瞬时光强波形与初始波形差异较大.而当Δτ达到ps的数值级时,瞬时Talbot自成象现象是存在的.     

对Talbot自成像和几何成像关系的分析

针对Talbot自成像与几何光学成像毫无关系的传统观点,本文提出了一种用于几何光学成像原理和物理光学成像原理对光栅成像进行对比分析的方法,发现在某一特殊的Talbot成像距离处,光栅自成像和几何成像有相同的成像规律,当光源为单色光照射时可以认为光栅的几何成像实际上是某一个特殊位置的Talbot像.     

二极管激光阵列在Talbot外腔中同相模的选择

 从理论和实验上对二极管激光阵列在Talbot外腔中的锁相进行了研究。在同相模和异相模近场分布的基础上，利用1维情况下的菲涅耳衍射公式计算了其远场分布。根据同相模和异相模在Talbot腔中的分布特性，采用1/2 Talbot腔并将外腔镜倾斜一个角度a的方法既能选择同相模，又能使模式的功率损耗最小。二极管激光阵列芯片采用CD金刚石材料,“三明治”结构对其进行封装，明显地减小了阵列的“smile”效应。在实验中实现了二极管激光阵列同相模的锁相输出，远场单瓣模的半高全宽为0.11 mm。     

用于光谱合束技术的透射光栅设计与优化

设计并制作了一种亚波长透射光栅,利用该光栅实现了半导体激光阵列光谱合束。基于严格耦合波理论,对光栅占空比、脊高和周期等进行了设计,模拟了不同结构参数对光栅衍射效率的影响,从而实现了光栅衍射效率的优化。理论计算表明,优化后的光栅对940nm激光的-1级衍射效率可达92%。实验结果表明,激光阵列光谱合束后,输出功率为46.2 W,光束质量为3.9mm·mrad。     

一般多值相位光栅菲涅耳衍射光场的分析

基于光栅结构与距离的关系,给出了一种求解一般多值相位光栅菲涅耳衍射光场的解析表达式利用该表达式可以直接分析一般多值相位光栅的分数泰伯数效应及在阵列照明中的应用,克服了间接分析法只能分析某些类型的泰伯阵列照明器的不足之处.     

对Talbot白成像和几何成像关系的分析

针对Talbot自成像与几何光学成像毫无关系的传统观点,本文提出了一种用于几何光学成像原理和物理光学成像原理对光栅成像进行对比分析的方法,发现在某一特殊的Talbot成像距离处,光栅自成像和几何成像有相同的成像规律,当光源为单色光照射时可以认为光栅的几何成像实际上是某一个特殊位置的Talbot像．     

X射线光栅相位成像的理论和方法

通过对X射线光栅相位衬度成像实验装置的理论分析,提出了光栅位移曲线的表达式,推导出了X射线光栅相位衬度成像方程.根据该成像方程,提出了基于光栅成像相位提取方法.这些理论结果将简化光栅相位衬度成像实验步骤,提高信息获取效率,并为X射线光栅相位衬度成像和计算机断层成像的结合,进一步提出光栅相位衬度CT的简化理论奠定基础. 关键词： X射线 相位衬度成像 光栅衍射 Talbot效应     

基于Talbot-Moiré法的长焦透镜焦距

 长焦距测量的Talbot Moiré法是研究热点,目前很多方法虽然都是基于Talbot现象和Moiré技术,但基本原理和实验方案各不相同,因此焦距计算公式也不相同。基于透镜位相变换作用,利用Talbot效应和Moiré条纹,通过图像处理的方法获得条纹的斜率变化,根据焦距与莫尔条纹斜率之间的关系求得透镜焦距。由于长焦透镜的焦距相对于被测透镜厚度大得多,完全可以看作是薄透镜对光束的变换,可用薄透镜对球面波的变换作用来近似表示其对高斯光束的变换。因此,该方法测量长焦透镜焦距对于高斯光束与非高斯光束焦距测量结果无差别,均适用。最后全面分析了该测量方法的误差及精度极限。在影响测量精度的各个误差因素中,光栅节距误差对焦距测量的影响最为显著。     

光学系统中的光栅衍射自成像现象:广义的Talbot效应

本文基于菲涅耳-克希霍夫(Fresnel-Kirchhoff)积分推导了在菲涅耳(Fresnel)近似下,光栅在光学系统中的衍射自成像现象:广义的Talbot效应。并把几何成像归结为Talbot成像的一个特殊情况。依据广义Talbot公式,讨论了在平行光、球面波照明时,光栅的衍射自成像特点。最后,用干涉观点解释了光学系统中的衍射自成像现象。