大角带宽高衍射效率体全息光栅的设计和制备

高性能体全息光栅是全息波导的重要耦合元件,角带宽小、平均衍射效率不高是制约体全息光栅性能的重要因素.以不对称倾斜记录为出发点,设计并制备了大角带宽高衍射效率的体全息光栅.首先讨论在横电模式光和横磁模式光下体全息光栅的记录参数与其衍射效率的关系,找到平均衍射效率较高的记录参数范围,随后进一步分析在此范围内的记录参数与体全...     

用于WDM的多重体光栅曝光方法及层状体全息光栅的研究

本文针对层状多重体全息在红外通讯波段分光滤波的应用,分析了其布喇格匹配与衍射效率均匀性问题.给出了在LiNbO3∶Fe光折变晶体中制作层状多重体全息光栅的几种方法.利用双片光干涉在直接分层结构中写入了三层光栅,光栅层厚1 mm,层间距2 mm,每层复用了四个光栅.对这三层光栅的分析测试表明,12个光栅的衍射效率均匀,相邻通道间隔约3 nm.实验结果表明,这种层状结构的多重体全息光栅有希望用来组成具有大量通道数的WDM系统中的复用/解复用器件.     

Improvement of holographic recording property of a Ce: KNSBN crystal by the moving grating technique

The moving grating technique is applied to improve the holographic recording property of the Ce: KNSBN crystal. In the case of extraordinarily polarized recording, the diffraction efficiency at large fringe modulations is enhanced by a factor of up to 35% at the optimum fringe velocity and the fringe modulation dynamic range is improved from m = 0.2 to m = 0.6. In the case of ordinarily polarized recording, a linear holographic reconstruction in the range of m ≤ 0.8 can be achieved by the moving grating at a fringe velocity of 9.6 nm/s. These results are significant in holography where a grey-level object needs to be recorded and reconstructed with high fidelity.     

局域体全息光栅的衍射特性

基于三维耦合波理论，研究了两束有限宽度的任意偏振平面波干涉产生的局域体全息光栅的衍射问题。以单位均匀振幅的任意偏振平面波为例，给出了透射波和衍射波振幅的主分量和交叉分量的解析表达式，讨论了记录过程和再现过程中入射的参考光波的偏振角对透射波和衍射波振幅的影响。计算结果表明，记录过程中的偏振角越小，形成的光栅内的耦合越强，衍射效率越高，但光束质量越差；再现过程中不同的偏振角，由于入射波和衍射波的电矢量的不同方向的耦合强弱不同，透射波和衍射波振幅的主分量和交叉分量的振幅变化行为不同。     

Oval-Shaped Spectrogram Formed by Randomly Oriented Refractive Index Gratings in Photorefractive Crystals

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A Novel Fabrication Technique of Long Period Fiber Gratings Using a Holographic Optical Element

We develop a new flexible and precise ultraviolet exposure technique to fabricate a long period fiber grating using a computer-generated holographic optical element (HOE). The HOE can generate a striped beam pattern with about a 300 #x03BC;m period from a KrF excimer laser. This method offers (1) ease in varying the grating period and (2) grating period precision. We achieve a grating period within an accuracy of #x00B1;0.04 #x03BC;m. This means that the peak wavelength can be controlled within an accuracy of #x00B1;0.2nm with an operating wavelength of 1.55 #x03BC;m.This paper was originally presented at the 2nd International Conference on Optical Design and Fabrication, ODF2000 which was held on November 15-17, 2000 at the International Conference Center, Tokyo, Waseda University, Japan.     

光轴方向任意时光折变晶体中体全息光栅的衍射性质

利用坐标旋转方法和Kogelnik耦合波理论,建立了光轴方向任意时单轴晶体中体光栅布拉格衍射的耦合波方程,分析了Li NbO3晶体的光轴方向对光折变体全息光栅的各向同性和各向异性布拉格衍射性质的影响。模拟计算表明,在给定光栅的结构参量时,通过适当选择光轴方向角可以使得光折变体光栅的各向同性和各向异性布拉格衍射的衍射效率达到最大,给出了相应类型的衍射效率取得最大值时晶体光轴的大致方向。这些理论分析为光折变体全息光学器件的优化设计和进一步广泛应用提供了很好的理论参考依据。     

线性化求解非线性记录光栅耦合波方程

采用折射率调制特性为上凸型和下凹型的调制曲线,提出了线性化求解非线性记录全息图耦合波方程的方法。以反射相位型全息光栅为例,用耦合波理论分析计算了记录介质折射率调制为上凸型和下凹型调制曲线的体全息图的衍射光谱特性。计算结果表明,折射率调制类型对光栅衍射光谱的带宽有较大影响,对次峰峰值也有影响,而对主峰峰值和峰值位置影响不大。这些结果可以解释实验测得的全息光栅衍射光谱带宽较宽和光栅衍射光谱的多样性。     

Contribution of Absorptive and Refractive Gratings to Mixed Holograms Using Xanthene-Dye-Doped Films

The contribution of absorptive and refractive gratings to a mixed hologram is investigated by means of two-wave coupling technique by moving a hologram. Polyvinyl alcohol films doped with xanthene-dyes such as erythrosin B,eosin Y, uranin and fluorescein which absorb an argon-ion laser light of 488 nm and 515 nm are used as hologram recording materials in our experiment. A simple model of the two-level one-step photo-bleaching well explains the growth of an absorptive grating and the refractive index and also the working wavelength dependence of growth of the refractive grating in the xanthene-dye-doped films.     

红敏光致聚合物全息干板的特点及其使用方法

RSP—Ⅰ型红敏光致聚合物是一种新型全息记录介质,它完全由国产化学试剂配制而成。它对氦氖激光λ=632.8nm的红光敏感。感光灵敏度为1mJ/cm~2,衍射效率>80%。分辨率>4000cy/mm。在室温环境下可保存半年以上。可在日光灯下拍摄全息图。所摄反射型体积全息图图像清晰、明亮,可与重铬酸盐明胶版媲美。     

光热敏折变玻璃及其布拉格体光栅特性研究

采用高温二次化料的方法制备了一种SiO2-Al2O3-ZnO-Na2O(F、Br)玻璃体系的光热敏折变(PTR)玻璃,通过紫外曝光、透射率光谱、X射线衍射(XRD)和差热分析等方法研究了其光热敏析晶机理。研究表明,PTR玻璃的光敏区为280～350nm,工作区为400～2700nm,最佳成核温度和析晶温度分别为490℃和595℃,析晶组分为NaF晶体。采用双光束干涉方法与"两步法"的热处理工艺在PTR玻璃中制备了周期为1000mm-1的布拉格体光栅,光栅的相对衍射效率达到91%,并验证了制备的布拉格体光栅具有角选择滤波能力。     

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.     

Thin and thick diffraction gratings: Thin matrix decomposition method

A brief review of the properties of transmission diffraction gratings is presented. Two types of gratings will be analyzed: thin and volume gratings explaining how the efficiency of the different orders that propagate inside the gratings can be calculated in both cases. For thin diffraction gratings the so-called amplitude transmittance method is applied in order to get the amplitude of the different orders, whereas in the case of volume gratings more complex methods are needed, such as Coupled Wave or modal theories. We will comment on the thin matrix decomposition method (TMDM), firstly proposed by Alferness, which gives a very intuitive approach and connects the properties of thin gratings to the properties of volume ones. The thin matrix decomposition method consists in dividing the volume grating in a number of thin gratings and applying the amplitude transmittance method to each thin grating. In this way the output of a grating will be considered as the input of the next and any individual grating can be treated by the amplitude transmittance method. The novelty of this work is that a comparison is made between the analytical expressions obtained by Alferness using the TMDM with the numerical results obtained using the coupled wave (CW) and rigorous coupled wave (RCW) theories for the efficiencies of the zero, first and second order when a plane wave incides onto a sinusoidal diffracion grating at the second on-Bragg replay angular condition.     

体全息成像系统中非周期体光栅的深度选择性研究

由一束球面波和一束平面波或者两束球面波干涉所形成的体全息光栅,由于其光栅矢量在全息图体积内是随位置的变化而变化的,所以被称为非周期型的体光栅。主要研究了用于体全息三维成像系统的非周期体光栅的深度选择特性。根据叠加的原理,将非周期体光栅看作多个固定周期的基元体光栅的叠加,结合耦合波理论分析非周期体光栅的衍射特性。采用这一方法,利用Matlab软件模拟,研究了两束记录光夹角对所记录的非周期体光栅深度选择性的影响和在两束记录光夹角相同时,球面参考光体全息成像系统及平面参考光体全息成像系统深度选择性的差别,最后在光折变晶体材料中进行非周期型和周期型体光栅的记录和再现,对模拟结果进行了实验验证。     

全息光栅制作中的实时潜像自监测技术

介绍了一种实时监测全息光栅曝光过程的新方法。在曝光过程中,光刻胶折射率的空间分布发生微小变化,由此形成的潜像光栅同时对记录光束产生衍射(自衍射),探测一个非零级次的衍射强度的变化就可对曝光过程实时监测。实验证明,这种技术能灵敏、客观地探测出样片之间由于个性差异所导致的最佳曝光量的漂移,制作者可以借此对曝光时间做实时补偿。发现自监测曲线之线性区的末端存在着一个明显的最佳曝光参考点,紧接其后是一个最佳曝光可选择区。采用了一个曝光模型,其模拟结果和实验中得到的自监测曲线能很好地吻合。理论分析证实,根据实时监测曲线的相对幅值来优化最佳曝光量的方法是很合理的,这种实时自监测是一种非常简单、能有效控制曝光量的技术。     

（Ce，Cu）：LiNbO3晶体非挥发全息记录理论研究与优化

根据双中心带输运模型，对（Ce，Cu）：LiNbO3晶体双中心非挥发全息记录进行了理论研究与优化。推导了（Ce，Cu）：LiNbO3晶体的微观参量，采用数值方法通过严格求解模拟双中心带输运方程来模拟全息记录过程。分析了记录过程中，记录与敏化光强、Ce和Cu掺杂浓度以及晶体微观参量对（Ce，Cu）：LiNbO3晶体双中心全息记录的影响。发现（Ce，Cu）：LiNbO3晶体非挥发全息记录中实现高衍射效率与固定效率的主导因素是深中心Cu，在记录过程中，深中心Cu建立起了很强的空间电荷场。数值模拟的结果经过实验验证，最高饱和与固定衍射效率别为60．5％和53．8％。     

一种控制矩形光刻胶光栅槽深和占宽比的方法

利用光刻胶的非线性效应可以制作出了矩形的全息光栅。制作矩形光栅时,对槽形的控制被简化为对槽深和占宽比这两个参量的控制。首先借助实时潜像监测技术获得最佳曝光量,然后根据显影监测曲线的特征找出光栅槽底的残胶厚度为零的显影时刻,就能得到槽底干净的矩形光栅,同时保证槽深近似等于光刻胶的初始厚度;如果此后继续显影,就能适度减小占宽比。实验结果和理论分析都证实了这种控制方法的可靠性。对1200lp／mm的光栅,目前工艺能精确调控的最大槽深为1μm,占宽比在0．2～0．6范围内。实验还揭示,为了提高对光栅槽形的调控能力,必须首先提高干涉条纹的稳定性。     

平场全息凹面光栅制作结构与使用结构之间误差补偿作用的数值模拟与实验验证

通过对优化计算出的平场全息凹面光栅制作结构(曝光记录结构)和使用结构(光谱仪分光结构)之间各个参数进行联合数值模拟,得出如下结论：在优化设计参数值附近一个较大范围的误差区域内,平场全息凹面光栅的制作结构参数误 差和使用结构参数误差可以相互补偿,最终补偿的结果可以使光谱成像质量达到与原设计结构相当的水平,满足光谱仪器的使用要求。文章给出了数值模拟结果以及与其相符的实验验证结果。此补偿作用有利于降低平场全息凹面光栅制作 中各个参数精度的调节难度,并且可以对实际使用过程中光谱仪器的设计和装调进行理论上的指导。     

少模光纤布拉格光栅折射率传感的分析与测量

理论分析和模拟计算了少模光纤布拉格光栅基模及高阶模的耦合与传输特性,得到在相同外部折射率变化情况下,少模光纤基模与高阶模耦合对应的布拉格波长变化,比正、反向基模之间耦合对应的布拉格波长变化显著增大.实验上制作了少模光纤布拉格光栅,测量了基模之间以及基模与高阶模之间对应的布拉格波长随外部折射率、温度变化的情况,得到与理论分析相符的结果.而对于温度变化对折射率测量结果干扰的问题,提出了通过计算布拉格波长差来克服温度影响的方法.这些结果为采用布拉格光纤光栅测量外部折射率变化提供了一种新的途径.