在入射平面内小角度入射一维光栅零级衍射场的简便计算方法

耦合波分析法(RCWA)方法是目前研究光栅衍射最普遍的方法.垂直入射到光栅表面的光使衍射光的正负N级衍射波处于对称状态,使得在RCWA法中原先需要计算2N+1级衍射的2N+1阶矩阵问题降低到计算N+1级衍射的N+1阶矩阵问题.本文将这种对称结构的简化方法推广到非垂直入射、光栅条纹在入射平面内的情况,使得在这种耦合情况下...     

飞秒激光在LiNbO3晶体上烧蚀衍射光栅

利用脉冲宽度为50 fs,中心波长为800 nm,重复频率为1000 Hz的乜秒激光脉冲在LiNbO3晶体上烧蚀表面衍射光栅,采用632.8 nm的He-Ne激光测量不同光栅的衍射效率.在激光脉冲能量和光栅常数相同的情况下,烧蚀速率由20 μm/s增大到200 μm/s时,所加工光栅的1级衍射效率从1.7%增大到2.3%;如果光栅常数和烧蚀速率不变,将激光脉冲能量由70 nJ增大到110 nJ,所加工光栅的1级衍射效率从1.9%减小到1.3%;随着光栅常数的增大,在LiNbO3晶体上烧蚀光栅的各级衍射效率也随之增加.对实验结果进行理论分析表明,可以通过提高烧蚀速率、降低激光脉冲能最和增大光栅常数来提高飞秒激光加工光栅的衍射效率.     

基于二维激光告警的闪耀光栅设计

现有光栅衍射型激光告警中,正弦光栅存在1级衍射效率较低,闪耀光栅在闪耀波长附近0级和-1级衍射效率很低,这两种光栅的缺点都降低了激光告警的可靠性。为此文中提出了一种改进型闪耀光栅。将两闪耀光栅反相对接,并且中间留一定无光栅空间,此改进可提高波长在闪耀波长附近0级和-1级的衍射效率,将有效克服传统闪耀光栅的漏报警现象。设计加工了闪耀波长为800 nm的改进型闪耀光栅,理论分析了0级和1级衍射效率;采用波长为808 nm和850 nm的光,对改进型闪耀光栅进行二维激光告警实验测试,实验结果表明,在波长为闪耀波长附近光入射时,改进型较普通闪耀光栅的0级和-1级衍射强度有很大提高,能够被CCD有效探测。该改进型闪耀光栅可有效提高二维激光告警系统的可靠性。     

基于SPCE061A的激光衍射光栅测试仪设计

激光经衍射光栅衍射后的光斑亮度比和透过率的测定是保证光盘驱动器等电子设备的质量一个关键环节,采用高性能16位单片机SPCE061A创新地设计实现波长650 nm激光衍射光栅测试仪器.主要设计了测试仪的小信号采样及调理电路、单片机最小系统以及相关的软件程序.实验结果表明,对衍射光栅0级和1级光斑亮度比和光栅透过率测试误差和均方差均满足了光栅测试的精度和稳定性要求,大大提高了测试的可靠性和效率.     

介质膜光栅槽形无损检测方法的研究

为了从理论上探究介质膜基底光刻胶光栅掩模槽形的检测方法,对此种光栅掩模建立了以C方法为理论基础的衍射效率理论计算的数学模型,并将从实际光栅掩模的SEM照片得出的光栅槽形参数带入到该模型中,得到了一系列-1级衍射光的光谱分布曲线,这些曲线的变化趋势与一定光栅槽形相对应,提出了通过测量衍射光的光谱分布曲线判断光栅槽形的无损检测方法。分析表明,该方法在光栅槽形的检测过程中,可以较为有效地判断光刻胶是否到底,而这一点在掩模的制作工艺中至关重要。     

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。     

用MATLAB模拟正弦光栅的衍射

基于光学理论的抽象性,利用Matlab模拟了正弦光栅的衍射实验,得出正弦光栅和黑白光栅衍射的区别在于孔径的透射率,且正弦光栅的1级衍射亮纹及零级明纹的距离与光栅频率、传输距离、入射光波长成正比,和光栅参数无关的结论,为进一步拓展正弦光栅的应用提供了理论基础.     

聚合物掺杂液晶中探测光偏振态控制衍射级变化

在聚合物掺杂液晶中使用正交线偏振光记录了特殊的一维光栅,这种光栅可以由探测光的偏振态控制衍射级的变化,当探测光为水平方向振动的线偏振光时,衍射级中只观察到零级和正一级衍射,无负一级衍射;当探测光为垂直方向振动的线偏振光时,衍射级中只观察到零级和负一级衍射,无正一级衍射,并且衍射级的偏振态与探测光的偏振态相互正交。最后运用琼斯矩阵从理论上解释了该实验现象。     

9.77 μm激光器零级耦合输出选频振荡光栅的设计和研制

建立了实际刻划光栅的物理模型，给出了相应的衍射效率表达式，进而阐述了红外激光器零级耦合输出选频振荡闪耀光栅的设计原理。根据理论分析结果，采用调整刻划负载控制三角槽形闪耀光栅零级面。双向逐步逼近1级和零级衍射效率设计值的方法和工艺，研制了在利特罗(Littrow)安装下1级衍射效率为86．5％，零级衍射效率为10．3％的9．77μm红外激光器零级耦合输出选频振荡镀金闪耀光栅。检验结果表明，由加工误差引入的1级和零级衍射效率与设计中心值的偏离量分别仅为0．6％和3％。     

大口径融石英光栅反射衍射的SBS损伤分析

为了分析大口径融石英光栅反射衍射导致的受激布里渊散射(SBS)损伤,建立了光栅的设计分析模型,计算了光栅从1到6级次的反射衍射角、焦距及效率;根据SBS原理分析了未施加相位调制和施加相位调制下融石英光栅反射衍射的SBS增益及强度,并结合工程实例验证了该分析结果的可靠性。实验结果表明:在未施加相位调制时,融石英光栅反射衍射的SBS强度大,元件损伤严重,寿命短;施加相位调制后,光栅反射衍射的SBS增益大幅降低,SBS强度小于融石英的损伤阈值,元件寿命得以显著延长。在实际的高功率激光系统中,必须施加相位调制以抑制光栅反射衍射的SBS损伤。     

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。     

用于光导板的亚微米光栅衍射特性研究

提出了利用亚微米光栅制作光导板的方法,用严格耦合波理论计算分析了亚微米光栅从光密介质到光疏介质的1级透射衍射效率与光栅槽深、入射角度的关系。讨论了在满足基底全反射条件的入射角时对应于R、G、B三原色光的亚微米光栅（0．651μm、0．508μm、0．405μm）在导波条件下的光场衍射特性,并用实验证明在导波条件下1级衍射效率率与光栅槽深关系的可靠性。给出亚微米光栅型光导板的初始结构,并进行了误差分析。     

浮雕矩形光栅刻槽深度的衍射测量方法

当激光束投射在浮雕光栅上,透过光栅的衍射光斑就反映了浮雕光栅的表面信息.提出一种浮雕矩形光栅刻槽深度的高精度衍射测量方法.分别采用两个激光波长垂直入射光栅表面,测量透过光栅的0级和1级衍射光强比,实现对光栅刻槽深度的间接测量.此测量方法理论精度优于1nm.给出了对石英浮雕矩形光栅的实验测量结果.该测量方法的突出特点是:所用仪器设备简单,对环境噪声不敏感,测量速度快,特别适用于在线检测.     

用于光导板的亚微米光栅透射衍射特性分析

提出了利用亚微米光棚制作光导板的方法,用严格耦合波理论博分析了亚微米光栅从光密介质到光疏介质的1级透射衍射效率与光栅槽深的关系,讨论在满足基底全反射条件的入射角下,对应于红、绿、蓝(红光700mn,绿光555nm,蓝光465nm)三色光的亚微米光栅(0.651μm、0.516μm、0.433μm)在导波条件下的光场衍射特性,并用实验证明在导波条件下1级衍射效率与光栅槽深关系的可靠性,给出亚微米光栅型光导板的初始结构,进行误差分析.     

消除译码偏差的望远镜系统

回转式光译码器广泛用于光线的角位移测量。这种仪器的精度取决于光束的衍射,它由光栅产生干涉条纹,其位置随后即被检测。译码器依赖于辐射状光栅,该光栅在限制光束特性的同时,不可避免地导致光束产生大的像差。这个问题已由台湾前进光电子公司和台湾大学研究人员解决。他们在彻底消除光栅引起像差的1Ｘ双望远镜和柱形光栅组合的基础上,制造了一个回转式译码器。使用该器件,衍射光经两次傅里叶变换,由同一光栅再次衍射。由于衍射光具有不对称波前,从 1级和-1回转级来的光束再次衍射后,消除了包括由非线性导致的像差,从而得到校准。初步试验…     

双光栅成像中的汇合级光能量

从光传播基本理论和光栅衍射性质出发,研究了双光栅成像效应中的光能量传递,得到了确定汇合级光强的表达式.结合双光栅成像方程,分析了两光栅的衍射性质与成像位置对汇合级光能量的影响.分析表明汇合级光强与两光栅具体的衍射效率和双光栅成像时的位置密切相关.测量了三组不同类型双光栅成像系统的汇合级光能量,实验结果和理论分析基本一致.     

嵌入式光栅多层结构锥形衍射的严格耦合波理论研究

基于严格耦合波分析理论,将嵌入式光栅多层结构平面衍射的理论模型扩展至锥形衍射的情况,可以模拟具有任意波长、偏振态、方位角和入射角的平面波入射该多层结构后形成的衍射。在此基础上,研究了微机械声光传感器锥形衍射中+1 级光衍射效率的收敛性。仿真表明:TM（Transverse Magnetic）偏振光入射且光栅周期为4 m 时,当谐波数M（2n+1）分别为67、69、71 时,+1级光衍射效率分别为28.86%、28.84%、28.86%,收敛性较好。另外,优化了微机械声光传感器的位移灵敏度,当入射角为22、方位角为10、光栅周期为1 m 时,与周期为4 m 的+1 级衍射光相比,TE、TM 偏振光入射时0、+1 级衍射光的位移灵敏度均提高一倍,可以准确地监测该传感器中声压或驱动电压引起的金属膜的位移。     

薄膜太阳电池二元光栅结构

提出了采用二元光栅结构提高太阳能薄膜衍射效率的技术方法。利用对透射率函数的傅里叶变换计算出垂直入射时二元光栅的衍射光场分布。研究了不同阶次二元光栅在可见和近红外波段的衍射零级光强和总衍射效率随波长变化的规律。以硅基太阳能薄膜为例,分别计算了普通相位光栅和二阶、三阶二元光栅随波长零级光强的变化规律和衍射效率。结果表明,与普通相位光栅结构相比,二元光栅结构能够在较宽波段提高光衍射效率。     

Gaussian切趾体光栅在光谱合成中的应用研究

为了研究切趾技术对体光栅旁瓣的抑制效果及切趾体光栅的光谱合成特性,采用Gaussian切趾技术对体光栅旁瓣进行了抑制,并用传输矩阵法分析了Gaussian切趾体光栅的衍射特性,给出了Gaussian切趾体光栅光谱合成效率公式,分析了切趾光栅对光谱合成效率影响;切趾后体光栅旁瓣对应的前4级峰值衍射效率由73%,47%,31%,22%降低到11%,20%,10%,7%。合成路数和光束光谱宽度一定时,合成效率随衍射损耗的增大而减小。结果表明,Gaussian切趾技术能够有效抑制体光栅旁瓣,进而减小体光栅对相邻合成光束的衍射损耗,增大合成效率。     

10.6μm激光器一级输出高衍射效率闪耀光栅的研制

建立了实际刻划光栅的物理模型,给出了相应的衍射效率表达式,并研制出了在Littrow安装下一级衍射效率达到97．2％的大功率10．6μm红外激光器用反射式闪耀光栅。实际刻划光栅通常都存在零级面,采用傅里叶分析方法可以推导出计算带有零级面的闪耀光栅衍射效率的一般表达式,由理论分析可知,零级面是造成闪耀光栅衍射效率下降的原因之一。在工艺过程中．通过加大刻划负载使零级面减小,加大侧向压力强化对闪耀面的抛光等,是提高光栅刻槽质量和衍射效率的有效途径。