体布拉格光栅反射率对外腔半导体激光阵列输出光谱的影响

采用记录在光致热敏折射率玻璃中的反射型体布拉格光栅作为反馈元件构成外腔半导体激光阵列,对其输出光谱特性进行了实验研究,分析了快轴准直透镜的位置对外腔反馈耦合效率的影响。实验结果表明,在体布拉格光栅外腔反馈作用下,半导体激光阵列输出光谱中心波长得到锁定,同时输出线宽显著变窄。重点研究了体布拉格光栅的反射率对外腔反馈半导体激光阵列输出光谱特性以及激光器效率的影响。实验结果表明,体布拉格光栅反射率的增加可提高半导体激光阵列内腔模式的抑制效果,提高输出光谱对比度,减小输出光谱线宽。使用反射率为30%的体布拉格光栅,可将半导体激光阵列的输出波长锁定在808nm附近,输出光谱线宽压缩至0.18nm。外腔半导体激光器的输出功率达24.8W,效率为82.6%。     

基于耦合波理论的体全息光栅衍射效率计算

基于耦合波理论,对反射体全息光栅的衍射效率进行了计算。给出了体全息图的边界条件,同时对基于耦合波理论的体全息光栅衍射效率的计算结果进行了分析。以便能为制作具有高衍射效率,低噪声的全息光栅做好准备。     

透射体布拉格光栅选择性的研究

基于Kogelnik耦合波理论,推导了透射体布拉格光栅(VBG)的衍射效率方程,并用数值仿真分析了折射率调制度、晶体厚度与VBG的角度和波长选择性的关系.结果表明:当入射光满足布拉格条件时,厚度为2.0 mm、折射率调制度为250×10(-6)的VBG衍射效率为100%;当入射光的波长、角度偏离布拉格条件一个很小量时,...     

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。     

正交读出方式体全息光栅通信波长衍射特性

为了寻求高质量和高密度的密集波分复用器件,采用了在双掺铟铁的铌酸锂晶体中透射式记录/正交式读出方案制作体全息光栅的方法,对体全息光栅衍射特性进行理论分析和实验验证.利用波长为532nm的激光记录尺寸比为1:1的体全息光栅,然后用中心波长为1550nm的红外通讯波长成功读出,取得了波长选择性为0.5nm的波长衍射特性数据.同时,利用2维耦合波理论的闭形式解析解得到了该体全息光栅衍射效率随波长的变化关系.结果表明,实验结果与理论预期相符合,这一方法对制作体全息光栅密集波分复用器件的实用化是有帮助的.     

正交读出方式体全息光栅通信波长衍射特性

为了寻求高质量和高密度的密集波分复用器件,采用了在双掺铟铁的铌酸锂晶体中透射式记录/正交式读出方案制作体全息光栅的方法,对体全息光栅衍射特性进行理论分析和实验验证。利用波长为532nm的激光记录尺寸比为1:1的体全息光栅,然后用中心波长为1550nm的红外通讯波长成功读出,取得了波长选择性为0.5nm的波长衍射特性数据。同时,利用2维耦合波理论的闭形式解析解得到了该体全息光栅衍射效率随波长的变化关系。结果表明,实验结果与理论预期相符合,这一方法对制作体全息光栅密集波分复用器件的实用化是有帮助的。     

结构参量对脉冲高斯光束布拉格衍射特性的影响

利用二维耦合波理论,研究了体光栅对时间和空间都为高斯型分布的脉冲激光光束的衍射性质,得到了衍射和透射光振幅的解析表达式.讨论了体光栅的结构参量对衍射光束的空间和频谱强度分布以及衍射效率的影响.结果表明,体光栅的波长选择带宽和衍射光束带宽随着结构参量的增大而增大,衍射效率随着入射脉冲时间宽度的增大而增大,并趋于定值,结构参量值越小,达到饱和的速度越慢,饱和值越大.     

全息微光刻中全息掩模衍射特性的理论研究

通过耦合波理论分析,使用矩阵转换方法,对全息光刻中全息掩模衍射效率进行数值模拟计算,得出了影响全息掩模衍射特性的因素主要是显影前后记录材料平均介电常数的改变、介质的膨胀与收缩以及非共轭再现等,为实验研究提供了理论依据.     

全息微光刻中全息掩模衍射特性的理论研究

通过耦合波理论分析，使用矩阵转换方法，对全息光刻中全息掩模衍射效率进行数值模拟计算，得出了影响全息掩模衍射特性的因素主要是显影前后记录材料平均介电常数的改变、介质的膨胀与收缩以及非共轭再现等，为实验研究提供了理论依据．     

严格耦合波方法计算立体正弦光栅衍射效率

为了研究振幅型光栅的衍射效率,运用严格耦合波方法建立立体正弦透射光栅的计算模型。用Matlab软件编程计算衍射效率,并模拟了光栅层附近区域内的光场振幅和相位分布。计算结果表明模型衍射效率与平面的正弦型光栅有差别,其与周期,光栅厚度相关;在一定条件下两者非常接近。     

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.     

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.     

矩形光栅局部结构误差对衍射效率的影响

为了提高高光谱遥感技术的分析精度, 利用标量衍射理论, 对矩形光栅局部结构误差的衍射效率进行了分析, 并计算了光栅局部周期和缝宽误差对衍射效率的影响。结果表明, 当加工误差使得光栅局部缝宽变大时, 会造成光栅各主极大(除零级)衍射光强变小, 这一误差对±1级处的衍射光强影响相对较小, 随着误差的增加, 越高的衍射级次其光强下降得越快; 而当加工误差使得光栅局部缝宽变小时, 会造成光栅各主极大(除零级)衍射光强变大, 同样, 当误差变大时, 相对±1级的衍射光受到的影响而言, 级次越高对应的主极大衍射光强增大得越快。该研究对于加工矩形光栅减小局部周期和缝宽误差控制提供了参考。     

平面变间距光栅的夫琅禾费衍射场分析

采用对单缝衍射结果进行直接叠加和根据标量衍射理论进行严格积分的两种方法进行推导,分析平面变间距光栅的夫琅禾费衍射场光强分布.在光栅各周期狭缝宽度δ0相差不大时两种方法得到的光强分布差异不大;但当δ0变化较大时,虽然零级衍射中心重合,但是在其他级次,如一级衍射极大的光强在峰值大小和位置上都表现出明显的差异.文中还通过变间距光栅的实例和matlab数值模拟进行分析,根据标量衍射理论通过严格积分将能给出更为普适的结果.在此基础上,联系平面变间距光栅夫琅禾费衍射场的光强分布,对这类光栅的位移传感和自聚焦特性做了介绍.     

基于传输矩阵法的纵向啁啾体光栅衍射特性

为了研究纵向啁啾体光栅的光谱衍射特性,采用传输矩阵方法进行了分析,研究了光栅的厚度、折射率调制系数和啁啾波长范围对纵向啁啾体光栅中心衍射效率的影响。结果表明,随着光栅厚度的增加,中心衍射效率随之增大;随着光栅折射率调制系数的增大,中心衍射效率也随之逐渐增加;而随着啁啾波长范围的增大,纵向啁啾体光栅的中心衍射效率则逐渐减小。此研究结果对大尺寸啁啾体光栅的设计制作有一定的参考价值。     

Frequency-scanned gratings consisting of photo-etched arrays

Frequency-scanned gratings consisting of periodic arrays of thin conducting elements are investigated. The principle used is to let the first higher-order diffracted wave propagate and serve as the frequency-scanned beam. The grating structures are designed for optimum blazing to the desired diffracted wave (i.e., for optimal power conversion from the incident wave to the diffracted wave) by the use of an iterative optimization process. Both reflection and transmission gratings are considered; the elements investigated are single dipoles and crossed dipoles. The theoretical analysis is based on Floquet's theorem and the method of moments. Several numerical examples are presented showing that this type of grating structure has a high blazing efficiency and is suitable for frequency scanning. The theoretical results are verified by comparison with experimental results     

飞秒激光烧蚀玻璃基质金属薄膜直写衍射光栅

提出了一种新的制备光栅的方法,利用800 nm的飞秒激光扫描蒸镀在石英玻璃衬底表面的金薄膜,通过烧蚀金薄膜在衬底表面形成衍射光栅。用波长为532 nm的激光照射光栅,测量其一级衍射效率,测得的衍射效率最高为6.98%。通过改变激光扫描速度、激光功率、光栅周期等实验参数研究其对制备的光栅的一级衍射效率的影响,结果表明,降低激光扫描速度,减小光栅周期,或增加激光功率都能提高制备光栅的一级衍射效率。     

体全息光栅偏移布拉格角读出时衍射角的测定

体全息光栅的读出偏离布拉格条件时,衍射光方向的确定是体光栅耦合波理论中的一个重要问题.前人(例如Kogelnik和Heaton)对此有两种不同的假设,基于这两种假设算出的衍射光方向有一定差别.我们设计实验,较精确地测量了透射式和反射式光栅在不同写入条件下衍射光方向随读出光角度变化的规律.实验结果表明,衍射光的方向并不是简单地符合某种假设,而是与两写入光的角度和光栅的倾斜度有很大关系.特别是对反射式全息图,光栅矢量的倾斜角越大,衍射光方向越接近于Kogelnik的假设.反之,衍射光方向越接近于Heaton等人的假设.     

光致折变晶体中相位光栅的相位移动的物理作用

在光致折变晶体(如SBN,BaTiO_3等)中发生两波混频及能量耦合是由于晶体干涉场内产生了相对于干涉场有相位移动的折射率光栅(相位光栅),这已被实验和理论证实。如果仅有两波混频产生的相位光栅,而此光栅相对于干涉场并无相位移动,或相位移动量较小(不足π/2),此时不会发生波能量耦合或耦合极微弱。1981年A.Yariv用耦合波方程从数学上解决了这个问题。