电子被光驻波衍射——Kapitza—Dirac效应

当我们用肉眼注视一张光盘 ,通常会看到彩虹 .这一现象是源于自然光 (白光 )被光栅所衍射 .这里 ,光栅参数ｄ是ＣＤ光盘轨迹之间的距离 ,它的大小与可见光的光波波长 (λ =4 0 0— 70 0ｎｍ)相当 .按照经典物理的光栅公式 ,ｓｉｎθｎ=ｎ·λｄ,ｎ =0 ,± 1,± 2 ,… ,长波红光比短波蓝光具有更大的衍射角θｎ,结果不同颜色的光发生色散 ,形成了彩虹 .如果我们以单色光垂直照射ＣＤ光盘 ,所见到的将是以不同角度 (θ1,θ2 ,…… )散开的一系列光斑 .192 7年 ,Ｄａｖｉｓｓｏｎ和Ｇｅｒｍｅｒ用单晶镍完成了电子被周期晶格衍射的实验 ,证实了…     

全息照相实验问题探讨

全息照相理论比较复杂，特别是在对实验现象的解释上，一些教材写得不够清楚.本文利用近代全息理论，对实验现象进行深入细致的分析与讨论.一、全息理论1.几何描述如图1（a）所示布置记录光路.为使讨论的问题简化并有利于再现实像，令参考光垂直人射干版.从图1（b）可看出，相邻干涉条纹的间距（光栅常数）为式中θ0为两束相干光的夹角，λ为光波波长.再现时，让与参考光相同的再现光也垂直入射在图1全息片上.其衍射角θp由光栅方程决定如图2所示，当k=0时，θp=0，表明零级衍射沿着再现光方向；当k= 1时，θ＋1=θ0，表明 1级衍射沿着原物…     

基于锥面衍射实现高效率双光栅光谱合成

分析了基于锥面衍射的双光栅光谱合成系统的可行性,设计了激光入射角为Littrow角附近的双多层介质膜(MLD)光栅光谱合成系统,开展了两路合成实验。当入射极角等于自准直入射角,入射方位角为6°时,光栅衍射效率近似等于光束自准直入射时的衍射效率。基于锥面衍射原理,对中心波长为1050.24 nm和1064.33 nm的两束光纤激光子束进行合成,入射极角为43.99°,测得合成效率为92.9%,较基于非锥面衍射的双光栅光谱合成系统的合成效率提高了8.8%;测得合成光斑光束质量Mx 2=1.204,My 2=1.467,与基于非锥面衍射的双光栅光谱合成系统输出光斑光束质量基本一致。     

用正弦光栅测定折射率

一、原理全息正弦光栅的透射系数是一个矩形波函数[透光率=k(1+sin kx)]。把它置于n_0=1的空气中,当振幅为A_0的单色平行光垂直入射后,将衍射为三个级次(图1)。正弦的周期结构导致±1级以上的衍射波消失。     

用光栅的±1级能量之比测量光栅参量

提出了利用透射光谱结合优化算法来反演衍射光栅参量的新方法。利用衍射光栅两个对称级次(m=±1)的能量比来处理这种差异,实现光栅参量的成功反演。首先,在理想光栅(以正弦面型光栅为例)透射光谱曲线上叠加高斯噪声来模拟实验测量曲线,结合正单纯形法对该法进行模拟反演,所得结果非常接近真值。其次,对于体积相位全息光栅,利用实验测得的透射光谱±1级能量比,反演得到的各参量的相对误差不超过2%,这进一步证明了该方法的可行性和有效性。同时该方法具有无损伤、操作简便、可重复、易推广、成本低等优点。     

对衍射光栅测波长的分析

一、问题的提出目前,各大专院校多开设了光栅衍射的实验。而且,一般都在分光计上进行。此实验既可对光栅常数进行测量,也可测量光源的波长。就测量光源的波长而言,有多种方法.常用的方法是令入射角ψ=O,此时光栅方程变为dsinθ=mλ的简单形式,只需测量一个角度——衍射角θ即可求出波长λ。所以此方法具有原理、调节和测量都简单的     

入射光斜入射光栅表面的衍射方程

当入射光垂直入射于光栅表面时,由于光栅衍射,产生衍射图样,其亮条纹的位置由 dsinψ=mλ m=0,±1,±2,… 决定,式中d为光栅常量,ψ为衍射角,λ为波长.当入射光为复合光时,除零级外,不同波长的同一级亮线不重合,波长大的衍射角大,波长小的衍射角小.如果入射光是斜入射于光栅表面,那么相应的光栅公式将发生变化.下面就斜入射情况下的光栅公式进行讨论.     

Origin作图定量研究原子光谱——以分光计实验中的光栅为例

用分光计做工具,用透射光栅做色散器件,先后用He灯和Hg灯做光源,来观测它们的衍射光谱。基于He灯衍射谱线的标准波长λ和实验测得的衍射角θ,通过Origin软件科学作图得到了光谱定标曲线,求得光栅常量d为3 307 nm,一级衍射下的光栅方程为3307sinθ=λ。再基于此方程以及实验得到的Hg灯各谱线的衍射角数值,计算出Hg灯黄1、黄2、绿、蓝、紫、暗紫等六条主要谱线的波长分别是579.06、576.08、546.65、492.74、435.53和404.78 nm,这些波长与Hg灯特征光谱的标定值相比,百分差均在3‰以下。用Origin作图来处理数据,能得到科学严谨的结果,并能更好反映实验的物理本质,值得推广应用。     

细菌视紫红质的自衍射效率与最佳入射角研究

研究了弱光强下细菌视紫红质膜(bR膜)的自衍射特性.给出了弱光强下相干光在bR膜中产生的振幅光栅光强分布模型,并用ysinαx近似表示透射光强分布,结果与实验吻合.给出了不同透射光强y与指数α的对应关系.结果表明,在bR膜及入射光波波长给定的情况下,入射光强越小,对应的α值越大,当入射光强为0.072/T(mW/cm2)时,α等于1.计算出不同入射光强和入射角下的自衍射效率.结果发现,对应于最大衍射效率的最佳入射角为2°.     

亚微米AZO光栅及其漫透射分布特性

探讨亚微米掺铝氧化锌(AZO)光栅的漫透射光谱特性。在AZO薄膜上涂布光刻胶,用325nm激光双光束干涉曝光得到掩模图案。将其置于质量分数为0.5%的稀盐酸溶液中湿法刻蚀,制备出周期(780～1280nm)和高度(60～300nm)能独立调控的AZO一维光栅。正入射双向透射分布函数(BTDF)测试结果表明,400～900nm波段内平均镜面透射率随光栅周期增大而降低,与紫外-可见分光光度计测得的结果吻合;同时,周期越大被衍射到30°～80°范围内的漫透射比重和漫透射峰值均越大,而峰位角越小。根据光栅方程对实验结果给出了合理的解释。     

应用衍射光栅测定折射率

<正> 衍射光栅在正常照明条件下,用单色平行光束在衍射光的自成像平面上形成与它周期相等的精确条纹。衍射光栅这一性质可用来测量均匀物体的折射率。对于这种研究方法可选择一个同振幅的正弦衍射光栅,在折射率n_0=1的介质中,它把入射光束分为三个级次(见图1)。     

可调谐广义艾里光束产生及传播特性

为了调控艾里光束的传播,提出一种广义艾里光束.在传统立方相位基础上引入两个可变旋转角因子θ_1和θ_2,形成新改进的可调谐相位,加载该相位的高斯光束经傅里叶变换后可以产生广义艾里光束.基于衍射突变理论,分析讨论了该光束的双曲抛物线传播行为.重点研究了当旋转角θ_1=π/3和θ_2=7π/6时,该光束在传播距离0、3、6、10cm处的无衍射传播特性;以及旋转因子θ_1=3π/2和θ_2=π/4时,该光束在传播距离0、3、6、10cm处的自愈特性.理论研究表明该光束并非傍轴波动方程的特解,但数值模拟及实验证实其在一定程度上拥有无衍射及自愈特性.该光束不仅可沿任意指定的抛物线轨迹传播,同时还具有与传统艾里光束明显不同的空间强度分布,使其在光学操纵与生物医学等方面有潜在的应用.     

基于二维结构薄膜的偏振选择相位光栅的研究

利用二维结构薄膜构建了具有偏振选择特性的新型相位光栅,借助严格耦合波分析(RCWA)方法计算了光栅各级衍射强度随入射光波长及入射角的变化,发现在垂直入射情况下,波长600—640 nm范围内,相位光栅对横向电学(TE)模主要产生0级衍射,而对横向磁学(TM)模产生±1级衍射,在波长633nm处,0级衍射光的偏振消光比为109.8,±1级衍射光的偏振消光比为334.6.利用时域有限差分方法对这种相位光栅的偏振分束现象进行了模拟,偏振分离角在玻璃基板内可以达到10°左右,最后模拟了入射角为23°时光栅对不同偏     

边界效应的相互作用及透射光束的反向Goos-Hanchen位移

根据Goos-Hanchen (G-H)位移的定义［1，2］，入射角为θ的TE光束通过空气中厚度为a、折射率为n的光密介质板时，透射光束的G-H位移为Δy=(2kya)/(kx) (k2x(k2x+k′2x)/k40)/(4k2xk′2x/k40+sin2k′xa)-(ky)/(kxk′x) (sin2k′xa)/(4k2xk′2x/k40+sin2k′xa)(1)其中kx、k′x分别为光束在空气和介质板中的波矢量在垂直于介质板方向上的分量，ky为光束的波矢量在平行于介质板方向上的分量，k20=k′2x-k2x。式(1)给出的光束的G-H位移不同于折射定律给的结果atanθ′，这里θ′由折射定律决定nsinθ′=sinθ。由式(1)可见，透射光束的G-H位移为负的充分条件是k2x(k2x+k′2x)/k40sin2k′xa/2k′xa,这就要求k′xa比较小，即介质板的厚度比较小。G-H位移为负说明在这种情况下，光密介质板的等效折射率为负，这个现象有点类似于Shelby等人最近发现的负折射率现象［3］。当介质板的厚度很大时，式(1)的第二项与第一项相比可以忽略不计，此时G-H位移大于零。可见G-H位移为负是介质板的两个边界共同作用并相互影响的结果。但这时的G-H位移与折射定律给出的结果还是不同的。值得指出的是，对于具有一定发散角的光束而言，式(1)的第一项的第二个因子和第二项的本身是入射角的函数，从而是k′xa的周期函数，当玻璃板的厚度较大时，对这些周期函数在一个周期内平均可得<Δy>atanθ′，这正是由折射定律求得的结果。     

利用振幅光栅生成拉盖尔、高斯光束的实验研究

拉盖尔高斯(Laguerre-Gaussian，LG)光束由于其独特的相位结构和轨道角动量特性在微粒旋转操纵和信息处理等方面得到了越来越多的重视.对利用振幅型叉状衍射光栅产生LG光束进行了理论分析，采用计算全息图的方法制作了振幅型叉状衍射光栅，实验上获得了角量子数为±1的LG光束，并对光束变换过程中影响光束特性的主要因素进行了讨论.     

J/ψ→∑0Σ0衰变研究（英文）

利用北京正负电子对撞机(BEPC)上的北京谱仪(BES)收集的7.8×106个J/Ψ事例,研究了J/Ψ→Σ0衰变.其衰变分支比为BR(J/Ψ→Σ0)=(0.97±0.04±0.24)×10-3,角分布具有dN/dcosθθ=N0(1+acos2θ)的形式,a值等于-0.21±0.27±0.13.     

三维光栅的演示实验

在衍射光栅教学中,一般只做一维光栅和二维光棚的演示实验。而对于三维光栅,一般只讲晶体的x射线衍射,而不做演示实验(主要因为x射线设备较贵)。 本文介绍一种简单的演示方法,即用激光干涉法拍摄三维光栅,在分光计上进行演示。 采用两平行激光束拍摄全息光栅,两光束的夹角为θ,其空间频率如下式所示:若激光波长λ的单位用毫米,则v的单位是条/毫米。当所拍摄的干涉条纹空间周期比全息干板的乳胶层厚度还小时,干涉条纹便显示出一定的深度分布,此时必须把它看成是三维光栅即体光栅。如用乳胶厚度为7μ的银盐全息干板拍摄全息光栅,当干涉条纹超…     

嵌入式镀膜光栅的数值模拟研究

嵌入式镀膜光栅是将平行四边形的介质膜层,以亚波长量级的周期嵌入波导中.针对该光栅在不同偏振态、不同角度入射下的各级衍射效率问题,本文基于严格耦合波分析理论,对该光栅进行建模与数值分析.结果表明,在TE模入射时,该光栅的一级衍射效率可随膜厚在[0, 37%]内变化,其余非零级次的衍射效率低于2%.衍射特性可以满足平视器成像的效率递增要求,同时可以减少能量的损失与杂散成像光线.当入射光束的角度在纵向[45 °,70 °]、横向[-15 °,15 °]内变化时,一级衍射效率的变化平稳,可以保持平视器不同视场的成像能量均匀.针对入射光偏振态、光栅材料、嵌入膜层倾角、光栅周期对衍射特性的影响,给出了相应的数值分析,可为波导全息平视器中衍射元件的制作提供理论指导.     

飞秒激光诱导瞬态光栅多级衍射

瞬态光栅测量法是一种时间分辨四波混频技术,它是研究介质非线性特性一种重要的手段.这种瞬态光栅测量方法对任何导致介质折射率改变相当灵敏,因而被广泛应用于研究物理和化学动力学过程.在介质中,当两束泵浦光在空间和时间上重合时,就构成一个光栅,光栅空间周期Λ=λex/2sin(θ/2), λex是激发波长,θ是两束激发光束之间的夹角.另外一束探测光(时间延迟)被这个光栅衍射,在布拉格衍射角度上产生一束相干光.在这种情况下,这个光栅形状是正弦的,而且只有一级衍射信号产生.然而,在超快超强激光(飞秒脉冲)作用下,可能在光栅亮区域里诱导一种 "溶解态",这样光栅形状将不再是正弦的,多级衍射信号可能产生.     

一种用光栅测定光波波长的方法——最小偏向角法

本文介绍了一种用光栅测定光波波长的方法——最小偏向角法。此法可以作为光栅实验教学的选作内容。一、前言在教学实验中,用光栅测光波波长,一般都从下式出发:dsinφ=mλm=0,±1,±2……式中d为光栅常数,φ为第m级谱线的衍射角λ为入射光波长。条件是平行光垂直入射到光栅上。实验是在分光计上进行的。要使实验满足垂直入射的条件,可以利用光栅平面(刻痕所在的平面)作为反射面来进行调整。