透射型体光栅对超短脉冲高斯光束衍射特性研究

采用傅里叶频谱分析法, 将超短脉冲高斯光束展开为单色单角谱成分的线性叠加;利用Kogelnik一维耦合波理论, 分析透射型体光栅对各单色单角谱成分的衍射特性;再通过逆傅里叶变换得出衍射光波的时空分布与光栅各参量的对应关系.结果表明:衍射光束在时域以及在光栅波矢与光栅前表面法向所构成平面内的空域光强分布随光栅周期的减小而呈展宽趋势, 且在空域的展宽趋势较为迅速, 与入射光束在空域进行比较, 衍射光束空域分布发生非常明显的畸变;衍射光束在时域以及在光栅波矢与光栅前表面法向所构成平面内的空域光强分布随光栅厚度的增大亦呈展宽趋势, 且展宽速度相当, 与入射光束在时域和空域比较, 均发生了较明显的畸变.     

波前相位编码体光栅选择性衍射的理论分析

阐述了波前相位复用技术记录和再现体全息光栅的原理;运用波耦合理论,从衍射波的一阶微分方程推导出多重体光栅对随机波前相位的选择性衍射;构造了一个复随机过程函数,并利用其相关函数得到了随机波前相位编码体光栅实现无串扰再现的充分必要条件;给出了理论上分析多重体光栅对随机波前相位选择性衍射的一种方法.     

反射型体全息光栅对超短脉冲激光光束衍射的性质

在光栅记录介质色散效应的影响下,拓展Kogelnik的耦合波理论研究了反射型体全息光栅对偏振方向垂直和平行于入射面的超短脉冲激光光束衍射的性质。结果表明对于记录在LiNbO3光折变晶体中的体全息光栅,在色散效应、光栅参量和入射条件的共同影响下,光栅对偏振方向垂直于入射面的超短脉冲激光光束衍射的光谱带宽大于对偏振方向平行于入射面的超短脉冲激光光束衍射的光谱带宽,在不考虑光栅介质色散效应的影响时,它们都变大。进一步给出了衍射光的光谱带宽及光栅的衍射效率随入射脉冲的光谱带宽与光栅的光谱带宽比值的变化情况。     

双曲柱面透射光栅衍射的数值分析

建立了双曲柱面透射光栅的数学模型。由光程的定义导出平行光通过单个双曲柱面的复振幅透过率。用傅里叶光学方法得出双曲柱面透射光栅在频谱面上的光强分布表达式。使用MATLAB软件模拟出其衍射光强随双曲线半实轴变化的分布规律,得出的衍射花样与理论分析一致。最后从理论上指出双曲柱面透射光栅在光学领域的应用。     

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。     

超短脉冲激光光束在一维反射型体全息光栅中的衍射

基于Kogelnik的耦合波理论,研究了在色散效应的影响下,超短脉冲激光光束在反射型体全息光栅中衍射的性质.研究给出了衍射光及透射光在频谱域及时间域的振幅及强度分布、光栅的光谱宽度及衍射效率随光栅参量及入射条件的变化.数值研究的结果表明,在光栅记录介质色散效应的影响下,衍射光束的光谱宽度减小,脉冲展宽,衍射效率降低.通过适当的选取光栅参量及入射条件,可以控制衍射和透射光束的频谱和时间强度分布,得到满意的衍射和透射光束的带宽和波形,从而可以将其应用于脉冲整形等技术中.     

反射型体相位光栅对连续激光光束空间低通滤波

选取4块反射型体相位光栅,两两配对分为两组,各组中的光栅条纹面相互垂直,光栅矢量面正交放置,构成反射型体相位光栅空间低通滤波装置,被用来实现连续激光光束二维空间低通滤波的功能。利用Kogelnik耦合波理论,分析了上述装置对连续激光光束的空间低通滤波性能,并模拟了其对畸变高斯光束的空间低通滤波效果。结果表明,采用这种装置可使得畸变高频角谱成分具有极低的衍射效率,而对有用低频角谱成分具有高达98%以上的衍射效率,能够达到不须对入射光束聚焦就能实现高、低频角谱成分空间分离的目的,从而使得滤波后的光束较未畸变光束的空间光强分布基本一致。     

布儒斯特角附近的透射光栅传输特性

 减小光栅表面的反射率以得到更高的衍射效率是目前光栅设计与制造中需要解决的重要问题之一。提出利用偏振光沿布儒斯特角入射时具有的特性来实现降低光栅表面反射率的方案,介绍了这种方案的物理模型,并利用严格耦合波分析法进行了模拟计算。计算结果显示,对入射光为TM偏振,波长0.35 μm,当光栅周期较长为2.80 μm时,以布儒斯特角入射的光波,它的表面反射被大大抑制;当光栅周期较短为0.21 μm时也有类似的结论,并且透射光的一级衍射效率极大值出现在刻槽深度为3.50 μm处附近,衍射效率大于95%。     

布儒斯特角附近的透射光栅传输特性

减小光栅表面的反射率以得到更高的衍射效率是目前光栅设计与制造中需要解决的重要问题之一。提出利用偏振光沿布儒斯特角入射时具有的特性来实现降低光栅表面反射率的方案,介绍了这种方案的物理模型,并利用严格耦合波分析法进行了模拟计算。计算结果显示,对入射光为TM偏振,波长0.35 μm,当光栅周期较长为2.80 μm时,以布儒斯特角入射的光波,它的表面反射被大大抑制;当光栅周期较短为0.21 μm时也有类似的结论,并且透射光的一级衍射效率极大值出现在刻槽深度为3.50 μm处附近,衍射效率大于95%。     

体布拉格光栅滤波片及其光谱成像应用

利用厚体布拉格光栅的波长选择特性对目标光场进行窄带滤波,是实现高光谱成像的一种新途径。基于严格耦合波理论,设计了体布拉格光栅结构,探索了厚体布拉格光栅的制作工艺,搭建系统光路验证了体布拉格光栅的光谱成像能力。研究结果表明：要获得较窄滤波谱宽,需要提高体布拉格光栅的厚度周期比,并严格控制入射光束发散角;刻写光束质量、震动和偏振会极大地影响制作的光栅条纹面质量,需要从优化写入光的光束均匀性、采用防震措施以及调整两刻写光束偏振一致性等方面优化刻写过程,以提高光栅的衍射效率和质量;验证了体布拉格光栅滤波片进行空间二维面阵成像的能力,宽谱光源透射条件下,通过对入射光束进行准直,滤波谱宽5 nm左右,空间分辨率约4 lines/mm;漫反射条件下,使用体布拉格光栅对进行色散补偿,能够实现较为清晰的成像,空间分辨率约4.9 lines/mm。     

拼接光栅的偏差对光束空间特性的影响

用拼接小尺寸多层介质膜衍射介质膜衍射光栅的办法制作大口径的高破坏阈值光栅成为解决拍瓦激光系统输出能量的关键技术———光栅拼接技术。拼接的每个光栅都存在五维自由度的偏差,对激光脉冲的空间特性和时间特性产生影响。用夫琅禾费衍射的方法分析了拼接光栅的偏差对光束空间特性的影响,建立了偏差和远场强度分布之间的函数关系并用数值方法进行模拟,得出角度偏差对光束远场分布的影响可以忽略,而位移偏差:光栅间拼缝和前后位移偏差是影响光束远场分布的关键因素。     

Volume Phase Transmission Gratings and Compact Configurations for Coarse Wavelength Division Multiplexing and Demultiplexing

Volume phase transmission gratings, that have high and uniform diffraction efficiency regardless of polarization of the incident light over a broad wavelength range, have been designed and recorded. Such gratings were incorporated successfully into a novel compact configuration of a coarse wavelength division demultiplexer. Calculated and experimental results of such gratings, and a compact four-channel demultiplexer operating in the 1500 nm to 1600 nm range are presented.     

空间滤波技术在激光照射测量系统中的应用研究

提出了运用针孔光阑来提高细长柱形物边缘检测精度的方法。通过在聚焦透镜后焦点处加一针孔光阑进行低通空间滤波,滤除掉柱形边缘直边衍射的高频成分,以提高边缘检测精度。理论上分析了该方法的可行性,并通过实验对结论作出了验证。     

Compensation for Laser Beam Depolarization by Spatial Light Modulators

Radiophysics and Quantum Electronics - We propose a new method for compensating the thermally induced depolarization of laser radiation, which is based on using spatial light modulators. It is...     

透射型光折变体全息光栅对超短脉冲激光光束衍射的特性

在Kogelnik耦合波理论的基础上,考虑光栅记录介质的色散效应的影响,研究了光折变体全息光栅对不同偏振状态的超短脉冲激光光束衍射的性质,讨论了高斯型入射脉冲激光光束的谱宽与光栅的有效衍射谱宽之比不同时,衍射和透射光束的光谱宽度、时间宽度、波形和衍射效率的变化。结果表明,光栅的有效衍射谱宽受光栅参量及入射条件的影响,对衍射性质的影响很大,且在考虑光栅记录介质的色散效应时减小。当入射脉冲的偏振方向垂直于入射面时,光栅的有效衍射谱宽大于偏振方向平行于入射面的情形,衍射效率在入射脉冲宽度较大时小于偏振方向平行于入射面的情形;谱宽比较大时,衍射光束的时间分布曲线产生展宽和变形,且比偏振方向平行于入射面的情形展宽和变形得更加明显。     

Spectral Beam Combining of Fiber Lasers by Using Reflecting Volume Bragg Gratings

By employing three reflecting volume Bragg gratings,a near-infrared 4-channel spectral-beam-combining system is demonstrated to present 720 W combined power with a combining efficiency of 94.7%.The combined laser beam is near-diffraction-limited with a beam factor M~2~1.54.During this 4-channel beam-combining process,no special active cooling measures are used to evaluate the volume Bragg gratings as combining elements are under the higher power laser operation.Thermal expansion and period distortion are verified in a 2kW 2-channel beam-combining process,and the heat issue in the transmission case is found to be more remarkable than that in the diffraction case.Transmitted and diffracted beams experience wave-front aberrations with different degrees,thus leading to distinct beam deterioration.     

Phase Controlled Laser Interference for Tunable Phase Gratings in Dye-Doped Nematic Liquid Crystals

A phase controlled multi-beam interference is applied to excite the doped liquid crystals. Control of the phase difference between the exciting beams allows the external control of the interference pattern inside the liquid crystal. The dynamic variation of the grating is made possible with a time-dependent phase change to derive the nonlinear refractive index as well as the responding speed of the material. The induced grating structure is numerically modelled with reorientational phase gratings in the liquid crystal, and the diffraction dynamics is found to be in good agreement between theoretical and experimental results.     

Infrared Femtosecond Laser Direct-Writing Digital Volume Gratings in Fused Silica

We demonstrate that digital volume gratings can be fabricated in fused silica glass conveniently by direct femtosecond laser writing. The diffraction efficieneies of volume gratings can be essentially modulated by simply stacking and offsetting the unit structure. A series of volume gratings, which have the pitches of 5 μm and the size of 1 mm × 1 mm, have been fabricated with the writing speed of 500μm/s, with which the processing period of each grating layer could be reduced to several minutes with a 1-kHz femtoseeond laser system. Results show that the power spectrum of the diffracted waves of the volume gratings are dependent on the layer gap and layer offsetting.     

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.