光学自增强效应与衍射效率的提高

利用含时光折变双光耦合方程数字模拟计算了掺铁铌酸锂晶体中双光耦合的动态过程,分析了空间电荷场及其位相、光折变光栅位相等光折变参量的变化过程,解释了光折变自增强效应,提出了提高光折变光栅衍射效率的有效方法．     

一种测量体光栅调制度和有效厚度的新方法

以Kogelnik的体相位光栅耦合波理论为基础,通过测量光折变体光栅的衍射效率与布喇格偏移角的关系曲线,并根据该曲线的3dB带宽和旁瓣峰值的相对大小及其角度偏移量,可计算出光折变体光栅的折射率调制度和有效厚度。对LiNbO3：Fe晶体的实验测量结果很好地验证了该方法的可行性,其测量精度与数字全息术和马赫一曾德干涉仪的方法相当,但测量过程却更加简单。     

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。     

LiNbO_3∶Fe晶体中飞秒二波耦合光栅衍射自增强现象

在超快二波耦合配置下的LiNbO3∶Fe晶体中写入了体相位栅,通过一定的脉冲写入方法进行飞秒脉冲写入光栅的衍射自增强实验,在双光写入饱和后进行单写入光照射,产生了持续1 h的衍射自增强,同时又发现在光栅写入未饱和的时候改为单光写入也产生了衍射自增强现象,持续2 h。随后从光调制角度分析了该自增强现象的理论原因:脉冲衍射光和写入光共同作用,提高了二者耦合程度,写入了新光栅,从而加强原光栅,导致衍射效率提高,从而证明飞秒脉冲写入光栅的读出擦除可抑制,这对提高光全息记录的读出质量有正面意义。     

LiNbO3:Fe晶体中飞秒二波耦合光栅衍射自增强现象

在超快二波耦合配置下的LiNbO3：Fe晶体中写人了体相位栅，通过一定的脉冲写人方法进行飞秒脉冲写人光栅的衍射自增强实验，在双光写人饱和后进行单写人光照射，产生了持续1h的衍射自增强，同时又发现在光栅写人未饱和的时候改为单光写人也产生了衍射自增强现象，持续2h。随后从光调制角度分析了该自增强现象的理论原因：脉冲衍射光和写人光共同作用，提高了二者耦合程度，写人了新光栅，从而加强原光栅，导致衍射效率提高，从而证明飞秒脉冲写人光栅的读出擦除可抑制，这对提高光全息记录的读出质量有正面意义。     

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。     

光折变全息光栅扭曲对波分复用应用的影响

介绍了光折变全息生成的布拉格光栅由于扭曲而对波分复用应用的影响，提供了一种在器件制作前预先了解光栅扭曲对器件性能影响大小的方法。使用傅里叶分析的方法，对布拉格光栅扭曲引起的相位改变做了修正计算。对修正了相位的光栅，采用严格耦合波分析，计算了光折变全息应用于波分复用的频谱响应。并用该方法计算了不同程度的光栅扭曲造成的频谱响应变化，证明光栅扭曲会直接造成器件衍射效率下降，旁瓣增大．从而使串扰增大，是光折变全息应用于波分复用必须考虑的重要因素之一。对光折变相位光栅衍射图像数据采集的过程作了介绍，并在此基础上将记录了光栅的晶体进行波分复用损耗和串扰特性的测试，实验结果证明提供的方法能够有效预知光折变全息光栅扭曲对器件综合性能的影响。     

读出光偏振态控制的Ce：KNSBN光折变开关

理论分析了以读出光偏振态控制Ce：KNSBN晶体衍射光强从而实现光折变光开关操作的基本原理：在o光和e光读出条件下实验测量了o光两波耦合写入体光栅的衍射效率与写入光光强比的关系。结果表明，e光读出时最大光栅衍射效率为o光读出的13．6倍；e光读出与o光读出衍射效率之比随写入光强比的变化近似为一常数；Ce：KNSBN晶体具有良好的开关性能。     

光通信波段亚波长光栅偏振器的设计与分析

亚波长周期结构光栅具有传统光栅所不具有的特殊特性。基于矢量衍射理论-耦合波分析法对矩形亚波长光栅的衍射效率进行了理论计算,针对光通信中的1 550nm波长设计了一种基于SOI衬底的亚波长偏振光栅,分析了光栅周期、光栅深度、占空比和光栅结构的变化对其偏振特性的影响。仿真结果表明,当光栅的周期为960nm,槽深为230nm,占空比为24%时,可使TM模式的透射率大于95%,TE模式的透射率小于5%,且矩形的光栅结构相对于三角形和圆形的光栅结构具有更好的偏振性能,可有效用于光开关、光隔离器、激光器、光探测器等半导体光电子器件。     

向列相液晶中高阶衍射图像的特性

研究了垂直排列C60掺杂的向列相液晶(5CB)记录光折变光栅衍射像的特性。利用二波耦合实验,以较小入射角的信号光束与参考光束在样品中干涉并形成光折变光栅。在远离样品的观察屏上可观察到高阶衍射像。对衍射像进行分析发现,信号光一侧的二阶衍射像被放大,而在参考光一侧的负一阶衍射虽没放大,但产生了180°旋转,理论分析与实验观察结果非常吻合。     

聚合物波导光栅耦合器的衍射场仿真

为了实现横截面尺寸为50 m50 m的聚硅氧烷聚合物光波导的耦合转向问题,设计了一种表面覆盖高折射率包层的多层蚀刻光栅耦合器。首先,分析了影响聚合物波导光栅耦合器耦合效率的结构因素;然后,采用在光栅表面蚀刻高折射率层的方法,提高了聚合物波导光栅耦合器的耦合效率;接着,对不同的周期（范围:100~4 000 nm）和不同的蚀刻深度（范围:0~50 000 nm）进行排列组合,形成不同的光栅结构,基于时域有限差分法编写程序,遍历所有情况,得到不同光栅结构下的光场情况以及其耦合效率,找到使耦合效率最大的周期以及蚀刻深度。最后,设计了多层蚀刻的光栅耦合器,进一步提高耦合效率。当蚀刻深度为5 000 nm,光栅周期为2 600 nm时,带高折射率层的聚硅氧烷聚合物光波导均匀光栅耦合器的耦合效率达到最大,为17.2%。采用多层蚀刻的方式,对结构进行优化,其耦合效率能达到37.4%。为聚硅氧烷聚合物光波导在光互连中的实际应用提供了理论依据。     

LiNbO_3∶Fe晶体光栅擦除特性

在光折变过程中,光波对掺杂中心的激发系数S是一个重要的物理量。为了求出光激发系数S对波长λ的依赖,研究了在不同的擦除波长条件下,记录在光折变晶体LiNbO3∶Fe中的光栅衰减特性。实验结果表明lnP(P为光擦除灵敏度)与擦除波长λ呈线性关系,即波长越短,光栅擦除越快,光擦除灵敏度越高。在单中心电子带传输模型的基础上,理论计算也证实了实验结果。利用带传输模型,给出了理论上光激发系数S对波长的指数依赖关系。同时微观量μτ(为量子效率)也可由光栅擦除实验求出。     

LiNbO3晶体中光折变光栅的各向异性衍射

光折变晶体中光栅的各向异性衍射可用来提高光折变存储器读出信号的信噪比。本文通过极化率张量对LiNbO3晶体中光栅形成和衍射的偏振特性进行了理论分析,并关重对光栅矢量与晶体光轴共面的情形进行了实验研究。观察到的各向异性衍射读出角度的测量结果与理论计算相符。     

甚长波量子阱红外探测器光耦合性能

从实验、测试和计算结果出发,运用有限时域差分法(FDTD)和传统的模式扩展(MEM)理论,研究甚长波量子阱红外探测器(QWIP)几种衍射光耦合的表面近场效应和光耦合效率,重点考察QWIP 45°面边耦合、光栅耦合QWIP结构、光栅尺寸、工艺条件的变化对QWIP相关性能的影响.实验与计算结果证明,合理地设计二维光栅,进行甚长波QWIP光耦合,可以获得有效的光耦合效果.     

LiNbO3:Fe晶体光栅擦除特性

在光折变过程中，光波对掺杂中心的激发系数S是一个重要的物理量。为了求出光激发系数S对波长A的依赖，研究了在不同的擦除波长条件下，记录在光折变晶体LiNbO3：Fe中的光栅衰减特性。实验结果表明lnP（P为光擦除灵敏度）与擦除波长λ呈线性关系，即波长越短，光栅擦除越快，光擦除灵敏度越高。在单中心电子带传输模型的基础上，理论计算也证实了实验结果。利用带传输模型，给出了理论上光激发系数S对波长的指数依赖关系。同时微观量φμγ（φ为量子效率）也可由光栅擦除实验求出。     

原子介质中的近共振增益光栅

研究了一种N型四能级原子结构中的近共振增益光栅(NRGG)效应。结果表明,当耦合场的失谐值为0,探测场和调制场的失谐值接近于0时,利用调制场和耦合场可以调控探测场的增益和相位,使得探测场的能量和高阶衍射效率都得到显著提高。在这个过程中,调制场强度存在阈值。获得了具有增益高、衍射能力强和阈值可控的光栅,该光栅在全光开关、全光逻辑门和全光调制等应用中将会发挥较大的作用。     

基于光栅侧面耦合的宽光带集光技术

利用光栅侧面耦合技术多为单波长或窄带光耦合,用于光纤激光器泵浦、光波导集成等领域,而用于可见光宽带耦合的研究很少。通过在波导上集成亚波长衍射光栅结构,可以引导太阳光在波导的侧面进行出光汇集,作为一种新型的太阳能集光器结构。利用时域有限差分算法软件(FDTD)对光栅结构进行仿真,以获得最大衍射效率的光栅结构参数,并对不同入射角度下的衍射耦合效率进行了分析。结果显示,在宽波段的光谱范围内,以上光栅结构均达到较好的衍射效率,其中闪耀光栅衍射效率最大,其衍射效率可达48.8%。这种利用亚波长衍射光栅结构的小型集光器有望应用在有关太阳能能量的收集应用中,例如照明、太阳能电池等。     

波导光栅耦合器

介绍了近几年国外波导光栅耦合器的研究和应用情况，重点介绍了光栅参数和波导结构对波导光栅耦耦器输入耦合效率的影响以及光栅耦合器在光盘读出头、传感器、光 谱分析等方面的应用。     

利用Ce：KNSBN非线性衍射特性实现光学图像边缘增强

在Ar^ 514.5nm e光波混频写入和He-Ne632.8nme光读出条件下实验测量了Ce:KNSBNI光折变晶体体光栅的衍射特性,发现光栅衍射效率随光栅条纹调制度的变化呈一环状。然后将Ce：KNSBN晶体置于相干匹配滤波系统的傅里叶频谱平面,利用晶体体光栅的环状非线性衍射特性, 写入参－物光强比无反转条件下邮实时光图像边缘增强处理。     

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.