基于Bragg反射面结构的衍射光栅设计与研究

基于Bragg反射光栅是一维光子晶体的一种特例结构,本文提出利用一维光子晶体带隙理论进行Bragg反射光栅设计.通过光学仿真软件OptiFDTD对Bragg反射光栅的宽度及倾斜角度误差的仿真分析,发现Bragg光栅齿刻槽宽度变化在10%范围、倾斜角度10°以内不会引起Bragg光栅衍射效率的明显变化,说明Bragg反射光栅具有较高的工艺误差容限;根据一维光子晶体带隙理论,设计了一种罗兰圆结构的Bragg衍射双光栅结构模型,实现了两个频段之间的衍射分光,优化分析结果表明:当第一套光栅中Bragg周期层数为6、第二套光栅Bragg周期层数为10时,两频段波长的衍射效率均可以达到70%左右,明显高于传统深刻蚀的衍射光栅.基于本设计的波分复用器是一种尺寸小、衍射效率高的新型EDG波分复用器,为未来高效密集型EDG波分复用器发展提供了一种新的设计思路.     

Hamming切趾技术提高体光栅光谱合成功率的研究

体光栅光谱合成技术是获得高功率激光输出的一种有效途径,体光栅衍射旁瓣是影响合成光束数目的主要因素。采用了Hamming切趾技术对体光栅旁瓣进行抑制,建立了Hamming切趾体光栅的折射率分布模型,分析了Hamming切趾体光栅的衍射特性,给出了Hamming切趾体光栅光谱合成效率公式,分析了切趾光栅对光谱合成效率的影响。计算结果表明:体光栅切趾后有效减小了体光栅对相邻合成光束的衍射损耗,切趾后,在20 nm的带宽内,谱合成光束的数目由13束增加为20束,谱合成效率达75.3%,光谱合成功率提高为切趾前的1.5倍。     

Bragg反射齿型平面凹面衍射光栅性能研究

本文基于Bragg反射光栅是一维光子晶体的一种特例结构, 提出利用一维光子晶体理论进行Bragg衍射光栅的设计并对其性能进行研究分析. 根据一维光子晶体理论, 建立了罗兰圆结构的凹面椭圆Bragg蚀刻衍射光栅, 研究了TE/TM模式下器件的分光特性以及入射角度改变对器件角色散造成的影响; 同时, 文中对比了空气介质型和金属铝线型椭圆Bragg蚀刻衍射光栅的光学性能. 研究结果表明: 选择合适的器件参数, 可以实现TE/TM模式下1.465-1.615 μm范围内波长衍射效率在95% 以上, 且空气介质型结构光栅的通道均匀性要优于金属铝线型结构光栅; 入射角在30°-60°范围内变化时, 相同入射角度下, TM模式下器件角色散大于TE模式. 基于Bragg衍射光栅设计的波分复用器是一种尺寸小、衍射效率高的新型EDG 波分复用器, 为未来密集型EDG波分复用器发展提供了一种新的设计思路.     

光栅周期包含的Bragg层数对Bragg型凹面衍射光栅的影响

单个衍射光栅周期所包含的Bragg周期层数是连续Bragg齿型凹面衍射光栅的主要参数之一,该参数可改变光栅齿结构,对凹面衍射光栅的分辨力.自由光谱范围及衍射效率有重要影响.本文通过理论分析与仿真模拟,对比了4种不同层数的Bragg型凹面衍射光栅的特性参数.研究结果表明:在衍射光栅尺寸不变的情况下,改变单个光栅周期包含的Bragg周期层数不会显著提高器件主衍射级次的分辨力;单个光栅周期包含的Bragg周期层数与光栅可衍射的级次数成正相关.单周期层数的Bragg凹面衍射光栅的主衍射级次效率最高,其可衍射的级次数最少,且其他衍射级次分散的能量最少;增加单个光栅周期所包含的Bragg周期层数会降低主衍射级次的自由光谱范围.该研究对于设计低插损、高分辨率、宽工作波段的波分复用器或光栅光谱仪具有重要的指导意义.     

Sinc切趾布拉格光栅谱合成特性

 谱合成是获得高功率激光输出的有效方法。反射布拉格光栅衍射旁瓣是影响谱合成效率的主要因素。建立了sinc切趾布拉格光栅谱合成理论模型,采用传输矩阵法,分析了光栅参数对切趾光栅衍射特性的影响,以及入射光束光谱宽度和发散角对谱合成效率的影响。计算结果表明：sinc切趾布拉格光栅可有效抑制衍射旁瓣的影响,其一级衍射旁瓣和二级衍射旁瓣的峰值分别由62%和36%下降为0.57%和0.12%。通过优化光栅参数,利用sinc切趾布拉格光栅可实现窄光谱间距、高谱合成效率的多光束谱合成。切趾后,在10 nm的带宽内,参与谱合成光束的数目由7束增加为25束。对于波长为1 064 nm和1 064.4 nm的两束光谱合成,当入射光束光谱宽度小于0.15 nm,且发散角小于0.8 mrad时,谱合成效率达90%以上。     

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.     

对称面形光栅TE模的衍射特性

本文采用耦合波方法计算了对称面形光栅的衍射效率,分析了光栅截面面形为正弦、三角形、矩形、梯形光栅衍射效率与光栅周期、沟槽深度的关系,计算了光栅的峰值衍射效率。理论计算表明:合理地选择光栅周期、沟槽深度,对称面形光栅都可以达到很高衍射效率,接近100%;光栅的峰值衍射效率基本出现在Bragg衍射且光栅的周期等于衍射波长时。     

Thermal polarization properties of thick anisotropic diffraction holograms recorded in polymer-dispersed liquid crystals

The diffraction and polarization properties of thick anisotropic holographic gratings recorded in polymer-dispersed liquid crystals are studied experimentally and theoretically. Such gratings are anisotropic and sensitive to temperature variations and also exhibit a strong dependence of the diffraction properties on the incident radiation polarization because of the presence of liquid-crystal molecules. The dependences of the diffraction efficiency and diffracted beam polarization orientation on the diffraction grating temperature and incident beam linear polarization are obtained for the case of Bragg incidence. The same dependences are derived using the known experimental temperature curves of the liquid crystal permittivity. The experimental data are in agreement with the theoretical calculations. The feasibility of controlling the diffraction characteristics of the grating in a wide temperature interval is demonstrated.     

声表面波在声栅上的Bragg衍射

本工作揭示了声表面波在声栅上的Bragg型衍射效应。应用简正波理论近似处理了在强Bragg条件下,声表面波在声栅上衍射的一些规律:栅阵内简正模式,偏转角和偏转效率与入射声波工作频率和声栅参数的关系。实验上,我们在y切割LiNbO₃压电晶体表面,用金属栅阵构成声栅,用光学法观察了声表面波(Rayleigh波)在上述声栅上的Bragg型衍射现象,并测量了偏转角和偏转效率随工作频率的关系。实验与理论结果比较表明,二者基本上是符合的。 关键词：     

High-frequency modulation of light in diffraction by the Bragg grating with a refractive index traveling wave

The diffraction by a Bragg grating with high-frequency modulation of the refractive index of the medium is analyzed theoretically. The effect of the grating parameters and parameters of an rf signal on the efficiency of modulation of optical signals at frequencies above 10 GHz is investigated.     

局域体全息光栅衍射的平面波与柱面波的波前转换研究

利用一维耦合波理论研究了入射方向相互垂直的一束平面波与一束柱面波干涉形成光折变局域体全息光栅的波前转换情况。给出了透射波和衍射波振幅的解析表达式。讨论了该局域体全息光栅的几何尺寸以及全息透镜的焦距对光栅衍射效率的影响。结果表明,随着光栅横向尺寸的增加,光栅的衍射效率也逐渐增加。然而,光栅的衍射效率却随着光栅纵向尺寸的增加而减小。全息透镜的焦距越长,光栅的衍射效率也越大。此外,分析了光栅的布拉格选择特性,该光栅具有非常好的角度选择特性。在平面波与柱面波干涉形成全息透镜的设计中,为了获得最优的衍射效率,应当根据要求合理地选择记录所用柱面波和设计光栅的几何尺寸。     

Effect of polarization on efficiency of volume Bragg grating filter

<正>Diffraction efficiency of volume Bragg grating,whose period is in the same order as the incident wavelength, is related to the polarization direction of the incident linear polarized beam.When two linearly polarized recording beams with the same polarization direction are used for recording volume Bragg gratings in a photopolymer with diffusion amplification,the azimuth of polarization of the reconstruction beam influences the diffraction efficiency of the grating.When the probe beam is linearly polarized and oriented orthogonally to the grating vectors,the±1-order diffraction beams are also linearly polarized with polarization direction parallel to that of the probe beam.According to the results,a two-dimensional nonspatial optical filter consisting of the volume Bragg gratings would achieve significantly higher efficiency.     

棱镜-光栅-棱镜分光模块整体化设计及衍射特性分析

PGP模块是超光谱成像仪中重要分光器件。为了能够在制作前有效预测PGP整个系统的衍射效率分布及其衍射特性,提出了PGP整体化设计方法。从体位相全息光栅设计角度出发,结合棱镜与光栅各项参数的制约关系,编制了计算PGP整体衍射效率的分析软件,综合考察了棱镜与光栅各项参数对PGP模块衍射特性的影响,讨论了光栅布拉格波长的漂移特性,据此设计了一种用于成像光谱仪的宽波段高衍射效率PGP分光模块。模拟结果表明：棱镜1材料的色散系数越小,PGP的光谱带宽越窄;光栅布拉格波长的漂移增大了PGP模块和光栅的光谱带宽,带宽增大使光栅的角度选择性随之增大,拓宽了棱镜1材料的选择要求;棱镜1顶角、光栅的胶层厚度和相对介电常数调制度等参数是影响PGP衍射效率分布的重要因素,制作时需要精确控制。利用此方法设计的PGP分光模块在400～1 000 nm波段范围内衍射效率不低于50%,并给出具体设计参数,这对PGP制作具有一定的参考价值。     

矩形光栅的衍射特性

本文采用严格的一阶耦合波理论,对矩形光栅的衍射特性进行了分析,给出了TE模和TM模同时具有很高的衍射效率时的光栅结构。计算表明:只有在满足Bragg衍射条件时,TE模和TM模才能达到峰值衍射效率。为了验证理论与编制程序的正确性,将计算结果与已有的资料进行了比较.     

利用铌酸锂晶体制作体全息光栅的设计性实验

利用双光束干涉,通过控制双光束的记录角度,在铌酸锂晶体中写入光折变体全息布拉格光栅.将该光栅应用于光通信系统中作为滤波器使用,利用ASE光源和光谱仪对其进行测试,在1 548nm波长处获得了峰值半高全宽为4nm,衍射效率为10%的滤波效果.     

Holographic solitons

We propose a new kind of an optical spatial soliton: the holographic soliton. This soliton consists of two mutually coherent field components that interfere, induce a periodic change in the refractive index, and simultaneously are Bragg diffracted from the grating. Holographic solitons are formed when the broadening tendency of diffraction is balanced by phase modulation that is due to Bragg diffraction from the induced grating. Holographic solitons are solely supported by cross-phase modulation arising from the induced grating, not involving self-phase modulation at all.     

记录结构对体光栅各向异性衍射选择特性研究

以静态体光栅各向异性衍射理论分析模型为基础,将与体光栅厚度有关的记录光强调制度引入到各向异性耦合波方程中.利用耦合波理论分析了光折变晶体中体光栅的各向异性衍射性能,研究了在不同初始记录光强比的条件下,记录光入射角的改变对光折变体光栅各向异性布喇格衍射性能的影响.结果表明：记录光入射角和记录光初始光强比均对体光栅的各向异性衍射具有选择性;与此相比,记录光入射角和记录光初始光强比对于体光栅各向同性衍射不具备选择性.     

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。     

Anisotropic Bragg diffraction of finite-sized volume holographic grating in photorefractive crystals

Anisotropic diffraction of uniform plane wave by finite-sized volume holographic grating in photorefractive crystals is considered. It is found that the anisotropic diffraction can take place when some special conditions are satisfied. The diffracted image is obtained in experiment for the anisotropic Bragg diffraction in Fe:LiNbO₃ crystals. A coupled wave analysis is presented to study the properties of anisotropic diffraction. An analytical integral solution for the amplitudes of the diffracted beams is submitted. A trade off between high diffraction efficiency and the deterioration of reconstruction fidelity is analyzed. Numerical evaluations also show that the finite-sized anisotropic volume grating exhibits strong angular and wavelength selectivity. All the results are useful for the optimizing design of VHOE based on finite-sized volume grating structures.     

Consequences of the Kramers-Kronig relations for light diffraction on thick gratings

Diffraction of monochromatic light on a grating leads to the attenuation of the transmitted beam of diffraction order zero. In the case of a thick grating the diffraction efficiency, and hence the effective attenuation coefficient, is a fast-varying function of the Bragg mismatch angle. According to Kramers-Kronig theory, the transmitted beam encounters a phase shift that also depends on the mismatch angle. This phase shift is measured for holographic gratings in a photoaddressable block copolymer and compared with analytical calculations.