Active U-turn electrooptic switch formed in patterned holographic polymer-dispersed liquid crystals

We have developed an active U-turn device by spatially patterning two identical holographic polymer dispersed liquid-crystal gratings. In the field-OFF state, the holographic planes of both gratings are slanted such that the angle of the diffraction beam is beyond the total internal reflection angle of the air-glass interface. The diffraction beam is "trapped" in the device until diffracted by the second slanted grating. In the field-ON state, the holographic grating is "erased" and the incident beam propagates directly through the sample. The index modulation is determined to be 0.059 /spl plusmn/ 0.006 at 1.55 /spl mu/m. Low switching voltage and sub-millisecond response times are reported.     

向列液晶中的光控永久光栅

液晶中的光折变光栅在数据存储、实时全息术、干涉测量、光放大、相位共轭、光学图像处理和光束操控等领域具有潜在的应用价值。通过二波耦合的方法在掺C60的向列液晶中记录了永久光栅,该光栅的衍射特性能够被外加直流电场或以任意角度入射的、与记录光强度相当的一束平面光波控制。为了进一步了解光栅建立的机制,研究了在恒定外加直流电场下的电流动态过程,从而证明该光栅源于表面电荷的光调制。     

基于光刻胶热熔法的全息光栅表面粗糙度平滑处理

根据表面热动力学原理提出了一种成本低廉、制作周期短、易于实现的光刻胶热熔法,阐述了光刻胶热熔法的基本原理,探讨了光刻胶热熔对光刻胶光栅表面刻槽形状的影响。实验中,分别对经过和未经过热熔处理的光刻胶光栅做了离子束刻蚀。结果表明,利用表面张力作用可使熔融状态下的光刻胶光栅刻槽表面变得平滑,粗糙度降低,并且成功地在K9玻璃基底上得到了槽形较好的全息光栅。     

深刻蚀高密度熔融石英光栅

深刻蚀高密度熔融石英光栅是一种新型高效的衍射光学元件,具有衍射效率高、成本低、抗损伤,能在高强度激光条件下工作等优点。给出了利用感应耦合等离子体(ICP)技术制作熔融石英深刻蚀光栅的详细过程,并在一定的优化条件下制作了一系列不同周期、开口比和深度的高质量深刻蚀石英光栅。实验得到的最大刻蚀深度为4μm,并且在600 l/mm的高密度条件下得到了刻蚀深度为1.9μm的高深宽比石英光栅。光栅侧壁陡直,表面平整,没有聚合物沉积。所制作的熔融石英光栅元件在高强激光环境、光谱仪、高效滤波器和波分复用系统等领域中有非常广泛的用途。     

高精度微结构聚合物光栅的复制技术

光栅复制是降低光栅制造成本,提高产量的一条有效途径。研究了利用紫外压印技术复制微结构光栅的方法。使用玻璃基底矩形浮雕结构的微结构光栅作为母光栅,给出了利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)制作光栅模具和在光敏聚合物材料上复制微结构光栅的详细过程。经过优化工艺条件,成功地复制了一系列不同周期和开口比的微结构光栅,测试了复制光栅和母光栅的衍射图像和0级与±1级的衍射强度,结果表明,复制光栅和母光栅的衍射图像与光强分布基本一致。     

一种波分解复用技术的实验研究

文章提出一种基于光折变晶体LiNbO3的波分解复用技术实验研究方法,研究了影响光栅衍射效率的重要因素.实验采用o光写入e光读出,写入光强比为1∶1.通过在同一位置由红光和绿光先后写入光栅(两光栅夹角为0.18°时不会发生串扰),并用耦合光读出,成功地进行了解复用实验.     

软X射线偏折仪用自支撑莫尔光栅研制

介绍了莫尔光栅制作的主要方法和进展。利用紫外光刻、离子束刻蚀技术制作自支撑金莫尔光栅，讨论了金膜厚度要求、电镀金膜质量和光栅占空比控制等影响莫尔光栅质量的关键技术问题。实验结果表明，通过设计较小占空比的光栅掩模、紫外光刻时擦除基片边缘的光刻胶棱以消除衍射效应、离子束刻蚀时基片倾斜一定的角度旋转刻蚀等措施可以改善自支撑金莫尔光栅的占空比。     

双掺杂LiNbO3:Fe:Mn晶体局域光折变体全息光栅形成及衍射特性

将带输运模型与二维耦合波理论相结合,研究了双掺杂LiNbO3∶Fe∶Mn晶体中由两束有限宽度平面波干涉产生的局域光折变体全息的动力学机制及其衍射特性。采用三步法联立求解了双中心带输运物质波方程和二维耦合波方程。数值计算结果表明,局域光折变体全息光栅的空间电荷场在空间上呈不均匀分布。当光栅区域较小时空间电荷场较强,随着光栅区域的增大,空间电荷场急剧下降,并降低一个数量级。此外,在接近光束入射边界的区域,空间电荷场时空变化规律与一维无限大光折变体全息光栅的结果相似,随着光栅区域的扩大,边界效应对空间电荷场的影响越显著。研究还发现,局域光折变体全息光栅的衍射效率随光栅厚度的增加而增加。理论结果对于由局域光折变体全息光栅形成的光学器件与系统的设计和应用具有重要的参考意义。     

增益光栅在全息激光振荡器中的应用

增益光栅作为一种动态衍射元件,可构成一种环形腔,只需一束光波即可形成光栅并产生位相共轭波,因此该现象被称为自泵位相共轭(SPPC)。SPPC环形谐振腔具有修正位相失真的功能。由于其具有远大于1的反射率,用一个部分反射器取代输入光束,则系统就成为自启动的。在增益介质中写入体积增益光栅可用于高功率激光系统中光束质量的控制。本文综述了增益光栅的瞬态动力学特性和频谱滤波特性以及各种类型光栅在自启动全息激光振荡器中的贡献。     

表面起伏对体积相位全息光栅衍射效率的影响

从理论上分析了重铬酸盐明胶经过全息曝光制作而成的体积相位全息光栅产生表面起伏时光栅介质层介电常数的变化。严格分析了体积相位全息光栅有表面起伏时所形成的既有折射率调制，又有浮雕调制的复合型光栅的衍射特性，并编制程序进行了计算。为了证明程序的正确性，还用所编制的程序计算了一种已知衍射效率光栅的衍射效率。并得到了满意的结果。进而分析了表面起伏、光栅介质层厚度、折射率调制度对体积相位全息光栅衍射效率的影响，并且对它们所产生的影响进行了比较，得出了在获得较大＋1级透射率的情况下，表面起伏、光栅介质层厚度、折射率调制度的误差容限，这对体积相位全息光栅的制作有一定的指导意义。     

飞秒激光啁啾脉冲放大中压缩光栅的等离子体清洗

在飞秒太瓦激光装置中,高效率的压缩光栅是获得高峰值功率飞秒激光输出的最重要光学元件之一。虽然光栅安装在无油的真空室内,但当光栅受到强激光的辐照时,真空中残存的气态有机物会被碳化并沉积在光栅表面,使得光栅受到"污染",衍射效率大大降低。激光辐照累积的热量会导致光栅结构发生变化,甚至会造成光栅的永久损伤。为此发展了用等离子体来清洗光栅表面污染层的方法,实验结果表明该方法非常有效地清洗了光栅表面的污染,提高了衍射效率并避免了光栅的损伤。该方法简单,易于操作,可以安装在压缩光栅真空室上,在不影响真空室里面的光学元件情况下可以实现实时清洗。     

光折变局域体全息柱透镜变波长读出下的波前转换

研究了用波长为632.8nm的柱面波与平面波记录形成的体全息柱透镜用波长为800nm的平面波重现下的波前转换情况。结合二维耦合波理论,推导了形成于LiNbO3双掺杂晶体中该全息柱透镜的耦合波方程,并求出了其积分形式的解析解,分析了改变读出波长下该透镜的布拉格失配因子的分布情况,讨论了它的几何尺寸和记录柱面光波对其衍射效率的影响,以及柱面衍射光振幅在出射口径上的分布情况。结果表明,记录所形成的全息柱透镜的焦距越长它的衍射效率越高;该透镜厚度的增加会使它的衍射效率增加,但是透镜的衍射口径增加它的衍射效率会降低;衍射光振幅在其出射口径上的分布出现了一定程度的失真,衍射光强度主要集中分布在布拉格失配值较小处对应的位置。最后,进一步讨论了全息透镜记录过程中满足布拉格匹配条件的参考点的选择对光栅衍射性质的影响,结果表明衍射效率不随参考点的改变而改变。     

POLICRYPS switchable holographic grating: a promising grating electro-optical pixel for high resolution display application

POLICRYPS, an acronym of POlymer LIquid CRYstal Polymer Slices, is a structure made of perfectly aligned liquid crystal films separated by slices of almost pure polymer. Under suitable experimental and geometrical conditions, the structure is obtained by curing a homogeneous syrup of liquid crystal, monomer and curing agent molecules with a spatially modulated pattern of ultraviolet (UV) radiation. From an optical point of view, POLICRYPS is a holographic diffraction grating with a spatial periodicity that can be easily made of sub-micrometric scale, exhibiting diffraction efficiency values as high as 98%. Depending on the used geometry, the POLICRYPS grating can be utilized both in transmission or reflection, with negligible scattering losses, and can be switched ON and OFF by application of an external electric field of the order of few V//spl mu/m. In this paper, we review: 1) the "recipe" to fabricate POLICRYPS holographic gratings, along with their main optical and electro-optical properties; 2) a chemical-diffusive model that, taking into account sample temperature and intensity of the curing radiation, indicates the best conditions to fabricate these gratings; 3) a Kogelnik-like model that accounts for the dependence of the diffraction efficiency on material parameters, sample temperature, and applied electric field. Finally, we discuss the possibility of utilizing a micrometric sized POLICRYPS grating as a Grating Electro-Optical Pixel for high resolution display application.     

体光栅二维耦合波方程解析解的再探讨

针对完全重叠型的体光栅,在布拉格衍射范畴内给出二维耦合波方程的完整推导,并给出方程组的闭形式解析解.该解析解能够解决完全重叠型的均匀光栅的普遍衍射问题.研究了二维有限尺寸体光栅的衍射性质特别是衍射效率与光栅二维尺寸及介质吸收系数之间的关系.对于无吸收的光栅,参考光束相对物光束越宽,衍射效率将越高.当介质的吸收不可忽略时,对于耦合较强的光栅,参考光尺寸的增大反而会引起衍射效率的下降.为了获得最优的衍射效率,应当根据介质的吸收率合理地设计光栅的几何尺寸.     

离子束刻蚀位相型Ronchi光栅研究

本文报道了采用紫外光刻和离子束刻蚀方法制作位相型Ｒｏｎｃｈｉ光栅的工艺技术，并对其衍射特性进行了讨论，同时给出实验结果。     

离子束刻蚀正交位相型Ronchi光栅研究

本文报道了采用紫外光刻和离子束刻蚀方法制作正交位相互Ｒｏｎｃｈｉ的工艺技术,并讨伐春衍射效率,给出公式及实验结果。     

一种新型的光束分束结构--复合调制型光栅

提出利用表面既有浮雕,体内又有折射率调制的一种新型衍射光栅来实现光束分束功能。针对波长为850nm正负一级和零级等衍射效率的光束分束器,优化设计了面型为正弦形、三角形、矩形的浮雕光栅以及体积相位全息光栅和复合调制型光栅共五种光栅。同时数值模拟了该光栅结构在实验制作过程中对各光栅参量误差的不敏感程度,该光栅在实验制作上优于其他类型光栅。     

飞秒激光直写金属反射光栅的实验研究

提出了利用800 nm的飞秒激光在Ni金属表面直写反射型衍射光栅的新方法.研究了激光刻写速度、激光功率以及光栅周期等实验参数与直写出的反射光栅衍射效率的关系.在现有实验条件下,由50 fS激光脉冲单光束直写获得的Ni质金属反射光栅的一级衍射效率η为7.47%.     

Materials for the recording of thin holographic grating couplers

Two types of recording media are investigated for the recording of thin and highly asymmetric holographic grating couplers: (1) commercial photoresists for thin surface relief gratings, and (2) dichromated gelatins (DCG). As a result of the investigations on the photoresists (Shipley S1805), we found that very high diffraction efficiencies (DE) of over 80% are obtained into the first order, when reconstructed at optimal geometrical conditions diffracting the output beam into free space with visible light at 514 nm. However, when readout is at normal incidence and the output beam is diffracted into the substrate, two significant changes occur. Namely, the incident light is now diffracted into both diffracted first orders, with a ratio varying between about 2 and 6 between the two first orders, depending on the exposure energy. The angular bandwidths of these thin blazed gratings were very large (>30°); yet in a double grating substrate-mode configuration, the bandwidth was significantly reduced to about 10°, indicating that the resultant DE is the product of the DEs of the two gratings. The DCG layers and processing procedures, which were optimized for recording at 514 nm in thin layers of 2–3 μm yielded the highest DEs, approaching 90%, indicating that relatively large refractive index modulations, reaching at least 0.05 are stored in these materials. Under substrate-mode conditions, we obtain DEs of over 70% into only one first order. As expected, these thin holographic volume (Bragg) grating couplers exhibited large angular bandwidths. As the bandwidths did not exhibit any significant exposure dependence, this indicates that in the investigated exposure ranges (50–100 mJ/cm²) the gratings are recorded within the entire depth of the DCG layer.     

二维全息光栅的夫琅和费衍射

为了对光栅的衍射性能有更深入的了解,对振幅型光栅的衍射进行了研究。通过对振幅型一维和二维全息光栅的夫琅和费衍射进行观测,拍摄了光栅衍射的夫琅和费衍射图样。从结果发现二维光栅的主极大分布并非两个一维光栅主极大分布的简单相加,而是在二维平面内形成的规则分布,其分布规律与矩孔衍射图样的光强分布有着相似之处。实验结果可以据衍射理论很好地解释,因此,理论与实验是完全一致的。