光栅在超短脉冲激光照射下的塔尔博特效应

首先导出了光栅在短脉冲激光照射下的菲涅耳衍射光场的方程 ,利用该方程分析了一个开口比为 1∶4的光栅的衍射光场。数值计算结果表明当激光脉冲的半极大值全宽 (FWHM)Δτ在皮秒数量级时 ,可以得到塔尔博特自成像。当激光脉冲的 Δτ从皮秒逐渐减小时 ,塔尔博特自成像现象逐渐消失。而当激光脉冲的Δτ小于几十个飞秒时在第一个塔尔博特距离处光栅的衍射光强的最大值随Δτ的减小而减小     

基于塔尔博特效应的分波器和分束器

给出一个单一器件同时具有分波器和大规模分束器功能的实验结果，其设计原理基于塔尔博特自成像效应。以两波长为例，通过改变分数塔尔博特距离和光栅周期等参量，实验上实现了两波长光信号在空间上的交叉分离。     

扫描积分塔尔博特光刻条纹质量影响因素模拟分析

基于角谱衍射理论,对扫描积分塔尔博特光刻术进行了理论分析与数值模拟。研究了扫描距离、扫描起始位置、扫描速度非匀速以及照明光源不同特性对扫描积分塔尔博特光刻所得光栅条纹质量的影响。模拟结果表明,当扫描距离为塔尔博特周期的整数倍时,扫描起始位置、扫描速度的非匀速性对扫描积分塔尔博特光刻的成像质量影响较小;当入射光源存在一定谱宽或发散角不大于0.05°时,扫描积分塔尔博特光刻仍可得到对比度较一致的倍频光栅条纹,证实了扫描积分塔尔博特光刻具有良好的工艺适用性。扫描积分塔尔博特光刻不需要昂贵而复杂的投影光学系统,可克服塔尔博特自成像有限焦深问题,对掩模与基片的定位精度及涂胶基片的平整度容忍度较高。该方法具有在非平面基底上制备大面积、低成本、高精度周期微纳结构的应用前景。     

部分相干同步辐射照射下光栅分数塔尔博特效应

基于高斯谢尔光束的相干模式分解理论和波动光学,建立了部分相干同步辐射硬X射线光束通过光学器件的传播模型。模拟了微聚焦X射线光束照射下光栅的分数塔尔博特效应,得到了聚焦光束的光强分布和相干特性变化,并分析了散焦光束入射下的光栅自成像。然后通过模拟准直光束入射下的光栅塔尔博特效应,得到了不同传播距离处自成像条纹的变化情况,分析了影响光栅自成像条纹形状的因素。通过光栅衍射条纹测量同步辐射相干度,发现对矩形相位光栅来说,应该对衍射图样进行傅里叶分解,求出各级傅里叶系数随传播距离的变化曲线,从而得到入射光束相干特性。     

基于波长扫描塔尔博特效应的阶高测量理论研究

近年来,多维阶高测量问题倍受关注,两波长或波长扫描方式的塔尔博特效应被应用于多维阶高测量.研究表明,基于塔尔博特(Talbot)效应的阶高测量方法具有仪器结构紧凑、无需机械扫描、稳定性高和测量范围大等优点.因没有光栅或检测器件的任何机械移动,可避免由此导致的相位问题及测量误差.取代相位信息,该方法采用衍射条纹的最大衬比度来判定塔尔博特像,测试中均采用占空比为1:2的龙基(Ronchi)光栅作为周期结构衍射物,利用不同波长塔尔博特像的像距来确定物体阶高.因为测量的是条纹衬比度而非绝对强度,所以阶高测量精度依赖于条纹衬比度,最大衬比度的获取与判定是非常重要的.在分析对比的基础上指出,采用非龙基型光栅,如正弦振幅光栅或相位光栅,能使成像条纹分布更合理,有效地提高成像条纹的衬比度.研究还表明,所采用周期结构衍射物的空间周期越小,分辨率就越高,从而给出了分辨率同衍射物空间周期的定量关系.     

中能X射线光栅相衬显微成像分析及模拟

理论分析了基于相位光栅分数塔尔博特效应的X射线相衬显微成像原理,采用菲涅耳衍射公式推导出相位光栅在两个不同距离处的成像结果公式.然后建立一个水合蛋白质细胞模型,对成像系统进行了参数设计,得出1～2 keY的中能波段X射线是兼顾大景深和高成像衬度的最优选择.针对10μm厚的细胞模型,选取1.5 keY的中能X射线做模拟计...     

基于塔尔博特效应测量液体中的声速

通过移动凸透镜的纵向位置来调整像面上自成像级次,测得相邻2次自成像时凸透镜的距离,确定液体中的超声波长,再经计算给出声速,从而将类塔尔博特效应用于液体中声速的测量.给出了基于类塔尔博特效应的超声光栅测声速实验设计与验证,拓展了自成像技术的应用范围.     

基于X射线塔尔博特效应的纳米光栅制作模拟研究

沿纳米多层膜生长方向切割可制成周期只有几纳米而厚度几十微米的切片多层膜光栅. 基于该切片多层膜光栅塔尔博特自成像效应的X射线光刻是一种新型的纳米图样制作方法. 已有学者用该方法完成了百纳米结构光栅的制作. 采用严格耦合波方法, 本文模拟计算了切片多层膜光栅在满足塔尔博特自成像条件下的后表面光场分布, 详细讨论三个影响光栅后表面成像质量的重要参数:光栅厚度、材料厚度所占比例和多层膜周期. 模拟结果表明, 光栅厚度不仅影响X射线透射率, 还会改变像面条纹衬比度. 材料厚度比的大小直接决定像面是否存在清晰条纹, 选取合适的材料厚度比, 得到了前人实验中近场反常成像现象. 计算还表明, 在一定条件下, 采用周期更小的多层膜光栅有望获得更高分辨率的纳米图形, 这说明使用塔尔博特效应制作更加精细的纳米结构图形具有可行性.     

任意发光类型的多色光照明下光栅塔尔博特效应的研究

利用部分相干光理论对多色光源照明下光栅的菲涅耳衍射进行了理论分析,得到了适用于任意发光类型(脉冲或连续发光)的多色光源的衍射光强的一般公式,理论结果表明菲涅耳衍射区的平均衍射光强的形式只与光源的频谱分布有关,这对借助于连续发光光源来研究脉冲光源照明下光栅的塔尔博特效应以及用来确定脉冲光源的性能参量提供了有力的参考依据。此外,详细讨论了光源的频谱分布对光栅塔尔博特效应的影响并进行了相应的数值计算。实验中通过选用不同频率的激光分别照明光栅,拍摄到对应于不同频率的衍射光强分布图像,从而间接获得多色光同时照明光栅时总的衍射光强分布。实验结果表明,理论和实验符合较好。     

用于电离层探测的单光栅高分辨率成像光谱仪光学系统研究

为完善国内星载电离层成像光谱仪研究,设计了一种适用于120～180 nm波段探测的光学系统.根据探测目标特点,结合国外方案提出了以离轴抛物镜为物镜,超环面光栅为成像光谱系统的方案;为解决传统单光栅结构像差校正不均匀、空间分辨率低等缺点,结合光栅表面方程和光程函数方程进行了理论分析,获得了全波段像差纠正的处理方法;利用M...     

High-efficiency spatial color separation method based on fractional Talbot effect

Based on fractional Talbot effect, Talbot grating is adopted to realize spatial color separation with high light efficiency. For red and green colors, a two-step Talbot grating is optimized and the light efficiency reaches over 95%. The two-step Talbot grating is fabricated and tested. Experimental results show that the Talbot grating indeed has the good ability of spatial color separation.     

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.     

Quasi-fractional Talbot effect of resonant diffraction grating

The Fresnel diffraction of resonant diffraction grating is studied on the basis of the modal method, and it shows that the conventional fractional Talbot effect can still occur by choosing appropriate parameters. The Fresnel diffraction distributions of the resonant diffraction gratings with periods between λ and 4λ are analyzed, and the diffraction fields exhibit periodicity in both grating direction and the propagating direction. The experiment is carried out to verify the simulation results of the quasi-fractional Talbot effect of the resonant diffraction grating. This effect has potential application in lithography for high-resolution patterning.     

Observation of the High-Order Fractional Talbot Effect in the Optical Range

The Talbot effect in the diffraction of light on the amplitude diffraction grating has been investigated experimentally. A high-order fractional Talbot effect up to d/102, where d is the grating period, has been discovered and studied. Possible applications of this phenomenon have been mentioned.     

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.     

High-efficiency color separation method based on fractional Talbot effect for color liquid crystal display

Based on the fractional Talbot effect of Talbot grating, a new method with high light efficiency for color separation in color liquid crystal displays (LCDs) is proposed. The light efficiency of 85% and 89% are obtained by three- and four-step Talbot gratings, respectively, which are rather higher than that of using color filter, the traditional color separation method in color LCDs. This method has large tolerance to the position error of the color separation plane, the wavelength changes of red, green and blue colors, and the step height errors of the gratings.     

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.     

基于分数泰伯效应的激光损伤阈值测量

 介绍了一种基于分数泰伯效应的单脉冲激光损伤阈值测量方法。该方法是根据六角相位光栅的分数泰伯效应,将激光光束整形成许多不同能量密度的高斯形状光斑,通过比较光斑分布图和损伤分布图即可统计计算得到各个能量密度区间的损伤概率。根据角谱传输理论数值模拟得到了六角相位光栅的分数泰伯像并得到实验验证。用该方法和传统的1on1测得HfO₂/SiO₂高反介质膜的激光零损伤阈值分别为7.9和8.0 J/cm²,并进行了误差分析。