宽波段凸面闪耀光栅优化设计

凸面闪耀光栅是研制高光谱分辨率成像光谱仪的关键元件之一,一般凸面闪耀光栅的有效波段范围较窄,较难满足宽波段成像光谱仪对光栅衍射效率的需求。为拓宽仪器观测波段,对其中凸面闪耀光栅进行了优化设计。以0.4~2.5 m波段Offner型成像光谱仪为例,研究了凸面光栅单衍射级和双衍射级共路两种色散结构,采用分区闪耀光栅和双角闪耀光栅来提高宽波段范围内的衍射效率。优化设计了两种双闪耀光栅在不同色散结构下的槽形,用标量理论和有限元分析等方法对光栅衍射效率进行了计算。结合仪器信噪比,给出了满足成像光谱仪不同需求时所适用的光栅。     

利用均匀光纤光栅进行色散补偿的数值分析和实验研究

介绍了利用均匀光纤光栅的透射色散特性进行色散补偿的机理 ,对其色散补偿效率作了数值模拟 ,并进行了利用均匀光纤光栅补偿色散的实验。通过与传统的啁啾光纤光栅色散补偿方案比较 ,得知利用均匀光纤光栅的透射色散特性进行色散补偿是一种行之有效的色散补偿方案     

一种新型亚波长光栅结构透射增强特性及机理研究

通过引入谐振腔,设计了一种具有较强透射特性的亚波长金属光栅。引入有耗Drude色散媒质模型,采用时域有限差分算法(Finite-Difference Time-Domain,FDTD),研究金属光栅的透射增强特性并分析了光栅几何参数对透射特性的影响。计算结果表明,所设计内壁刻有谐振腔的三层光栅比单层光栅具有更好的滤波效果,其透射光谱峰值可达84%,为带通滤波器的设计提供了参考。并利用波导Fabry-Perot(F-P)腔谐振效应分析了透射峰的漂移现象。     

基于级联光纤光栅的透射色散补偿

分析了光纤光栅的色散特性,介绍了利用均匀光纤光栅透射色散特性进行色散补偿的原理,对级联光纤光栅用于波分复用(WDM)系统多信道色散补偿进行了数值模拟和分析.结果表明,通过选择适当的光纤光栅参数,级联光栅能够对WDM系统中由于常规光纤而色散展宽的光脉冲进行有效的色散补偿.     

实现宽光谱斜入射光束高效耦合的谐闪耀光栅研究

提出了谐闪耀光栅结构,可实现多波长或宽光谱斜入射光束的高效耦合。理论分析表明,谐闪耀光栅谐振波长数目随谐波数增加而增加,因此可用于多波长斜光束的高效耦合;当谐波数达到一定数值后,可实现宽光谱斜光束的高效耦合。针对可见光波段设计谐衍射光栅对大间隔离散三波长和宽光谱连续波长(500～600nm)斜入射光束分别实现了100%和大于80%的高效率耦合功能。     

偏振模色散和时延抖动对啁啾光纤光栅色散补偿特性的影响

对存在偏振模色散(PMD)和群时延(GD)抖动的非理想线性啁啾光纤光栅的色散补偿特性进行了研究。实验测量了啁啾光纤光栅的群时延谱和偏振模色散光谱，理论分析和实验测量表明，啁啾光纤光栅差分群时延(DGD)抖动与其时延抖动密切相关。通过数值模拟方法，计算了线性啁啾光纤光栅偏振模色散眼图代价与入射到啁啾光纤光栅色散补偿器的光信号的偏振方向的关系，计算结果表明在使用啁啾光纤光栅色散补偿器时应对光信号的偏振方向进行调整，以获得最佳补偿效果。另外结合实验数据，模拟计算并讨论了非理想线性啁啾光纤光栅群时延抖动和偏振模色散引起的信号的展宽和脉冲形状的劣化。     

基于光谱控制与色散优化的飞秒啁啾脉冲放大系统

飞秒激光在工业加工、精密测量、军事国防、科学研究等领域具有广阔的应用前景。报道了基于光谱控制与色散优化的高功率、高脉冲质量飞秒啁啾脉冲放大系统。利用与压缩器色散量相匹配的色散可调啁啾布拉格光纤光栅(CFBG)作为展宽器,通过微调CFBG色散量补偿系统的残余色散使整个系统的净色散趋于零;同时引入光谱滤波等手段,保证入射到主放大器之前的脉冲光谱形状不发生畸变,避免了放大过程中脉冲质量的劣化。最终获得了重复频率为50 MHz、平均功率为24 W、脉冲宽度为198 fs的高脉冲质量飞秒激光输出。     

实现宽光谱斜入射光求高效耦合的谐闪耀光栅研究

提出了谐闪耀光栅结构，可实现多波长或宽光普斜入射光束的高效耦合，理论分析表明，谐闪耀光栅谐振波长数目随谐波数增加而增加，因此可用于多波长斜光束的高效耦合；当谐波数达到一定数值后，可实现宽光谱斜光束的高效耦合。针对可见光波段设计谐衍射光栅对大间隔离散三波长和宽光谱连续波长（500-600nm）斜入射光束分别实现了100％和大于80％的高效率耦合功能。     

光脉冲色散展宽的光纤光栅透射补偿

分析讨论了利用变迹均匀光纤光栅的透射色散对光纤中传输的脉冲色散展宽进行压缩补偿。给出了啁啾高斯脉冲的补偿原理,计算了相关的曲线和光纤光栅的相应参数。通过选择光纤光栅的不同参数,可以使色散展宽的高斯脉冲经光栅后几乎完全恢复原状或受到进一步压缩。     

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。     

一步激光直写制作透射式相位光栅

利用一步激光直写灰阶光刻方法制作了具有连续浮雕结构的透射式相位光栅.原子力显微镜测量结果表明制作的透射式相位光栅具有连续外形轮廓、理想的周期和深度.飞秒激光实验系统测量的光栅的衍射效率结果表明:最大衍射角效率为66.8%、零级能量仅为入射光能量的3.3%,这在光限幅中有重要应用价值.     

用于ICF的分频光栅的三维耦合波分析

严格的耦合波理论作为矢量理论的典型代表被广泛地用于光栅的分析设计,这种理论具有适用范围广、收敛性好、精确度高等优点.作者曾用严格的耦合波理论分析了用于分频的闪耀光栅,分析过程中仅限于TE模偏振光正入射到固定参数的光栅上的情形.但由于工艺水平和惯性约束核聚变(ICF)系统实际条件的限制,良好的分频效果并不能保证其最终能够用于ICF系统.本文继续采用严格的耦合波理论讨论用于分频的闪耀光栅的遗留问题:1) 讨论入射光束非正入射的情况,分析入射倾斜角对分频效果的影响.2) 讨论具有任意偏振的光束入射的情况,分析不同偏振的入射光对分频效果的影响.3) 进一步分析光栅各参数对分频效果的影响,包括光栅周期、沟槽深度和光栅面形等.(OG2)     

消偏振二维二元闪耀光栅设计

为减小成像光谱仪的偏振敏感度并提高其定量化探测精度,提出一种透射式消偏振二维二元闪耀光栅。它在两个正交方向上都具有周期性槽形单元,每个槽形单元包含7个子周期。每个子周期的介质占空比在两个方向上是独立的,可同时调制TE和TM偏振态的等效折射率,以此优化光栅偏振特性。本文将等效介质理论拓展到二维情况,设计了以熔石英为基底,工作波段为0.6~0.8μm的高衍射效率消偏振二维二元闪耀光栅。光栅两正交方向周期分别为3.31μm和0.473μm。仿真结果表明,在参考波长0.7μm处TE和TM偏振态衍射效率分别为79.5%和79.6%,0.6~0.8μm波段范围内TE和TM偏振态衍射效率均高于70%,偏振敏感度低于2.6%。与一维二元闪耀光栅相比,二维二元闪耀光栅具有高衍射效率、低偏振敏感度和易制作的优势。所得结论可用于指导实际应用中透射式二元闪耀光栅的设计,可望在光栅型高光谱成像仪中得到应用。     

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。     

光栅参数对折射率剖面非均匀取样光纤光栅的影响

利用传输矩阵法,数值分析了光栅参数对折射率剖面非均匀的均匀光纤光栅及取样光纤光栅的透射谱、偏振关系损耗和偏振模色散的影响。计算结果表明,均匀光纤光栅的光栅条纹可见度及光栅周期对其偏振关系损耗和偏振模色散影响很大;改变取样光纤光栅的取样周期及光栅段长度,透射谐振峰的幅度、偏振关系损耗和偏振模色散的最大值均随取样光纤光栅长度的增加而递增。与靠近中心波长的谐振峰相比,折射率剖面非均匀导致的双折射对取样光纤光栅远离中心波长的谐振峰的影响较小。     

基于啁啾补偿的自相似脉冲压缩光栅对的设计

为了获取优质的超短脉冲光源,文章将自相似脉冲与光栅对结合,通过数值模拟方法详细分析了自相似脉冲的演化和压缩过程.首先将半高全宽(FWHM)为1 ps、能量为45 pJ的高斯脉冲入射到色散渐减光纤中,产生具有强线性啁啾的自相似脉冲,然后利用光栅对对自相似脉冲进行啁啾补偿压缩,最终得到FWHM为80 fs、峰值功率为507...     

消偏振二维二元闪耀光栅设计（英文）

为减小成像光谱仪的偏振敏感度并提高其定量化探测精度,提出一种透射式消偏振二维二元闪耀光栅。它在两个正交方向上都具有周期性槽形单元,每个槽形单元包含7个子周期。每个子周期的介质占空比在两个方向上是独立的,可同时调制TE和TM偏振态的等效折射率,以此优化光栅偏振特性。本文将等效介质理论拓展到二维情况,设计了以熔石英为基底,工作波段为0.6～0.8μm的高衍射效率消偏振二维二元闪耀光栅。光栅两正交方向周期分别为3.31μm和0.473μm。仿真结果表明,在参考波长0.7μm处TE和TM偏振态衍射效率分别为79.5%和79.6%,0.6～0.8μm波段范围内TE和TM偏振态衍射效率均高于70%,偏振敏感度低于2.6%。与一维二元闪耀光栅相比,二维二元闪耀光栅具有高衍射效率、低偏振敏感度和易制作的优势。所得结论可用于指导实际应用中透射式二元闪耀光栅的设计,可望在光栅型高光谱成像仪中得到应用。     

飞秒啁啾脉冲放大系统调节精度的研究

以负色散光栅对压缩器为模型，通过系统的色散误差公式从理论上分析了飞秒啁啾脉冲放大糸统甲的展苋器和压缩器的调节精度与系统的光栅对距离、光栅入射角、光栅密度等参量的关系，以及不同宽度入射脉冲对系统调节精度的要求。结果表明，必须选择合适的光栅入射角和光栅密度才能在满足系统对综合性能要求的同时降低对系统调节精度的要求；系统中光栅入射角度的调节具有最高的调节精度要求；入射脉冲宽度越窄则对系统的调节精度的要求越高；整个系统的优化中如果考虑各阶色散之间的相互补偿作用，则可以减少光栅对距离和光栅入射角的调节精度要求。     

基于光纤光栅的光纤色散补偿

介绍了长距离光纤通信系统中色散补偿的基本原理,对基于光纤光栅的两种色散补偿模式:反射模式与透射模式作了详细的分析,最后对当前国内外基于光纤光栅的色散补偿情况作了介绍。     

飞秒激光测距中空气色散补偿理论研究

研究了飞秒激光测距中空气色散对其脉冲宽度的影响,探讨了飞秒激光脉冲宽度随入射初始飞秒脉冲宽度、中心波长和激光传输距离等参数的变化关系。为保证飞秒激光测距精度,提出采用高密度透射式光栅的飞秒激光测距空气色散补偿方法,并详细分析了光栅周期、光栅对间距对不同中心波长的飞秒激光脉冲宽度压缩的影响。该方法具有体积小和操作方便等优点,对采用飞秒脉冲激光进行长距离高精度测量实验研究具有一定的指导意义。