非均匀混合调制光栅衍射效率计算方法及特性分析

通过引入介电常数与吸收常数随膜层厚度非均匀变化函数来计算非理想调制轮廓体全息光栅的衍射效率,分析其衍射特性。根据Kamiya严格的分层计算方法,推导出了非均匀混合调制轮廓等非理想情况下的二阶耦合微分方程,据此考察了吸收常数及其调制度变化时光栅各级次衍射光的衍射特性,分析了衰减系数及相位-振幅光栅异相等因素对光栅角度选择性的影响,给出光栅衍射效率对几何分层的响应程度。通过与Kogelnik和Sabol的计算方法对比,进一步论证了严格算法的准确性。结果表明,光栅衍射效率峰值随吸收常数、衰减系数及相位-振幅光栅之间相位差的变化而变化;吸收调制度会小幅度增加效率峰值,但因吸收常数的存在,整体效率不高;分层数对光栅角度选择性和角谱宽度影响较小,分层数与衍射效率的收敛性表明取20层较好。该工作对非理想调制轮廓的体全息光栅衍射效率计算及其特性分析具有一定的参考价值。     

液晶衍射光栅的理论分析

在液晶指向矢计算的基础上,得到了向列相液晶在电场下折射率分布和相位延迟。并在矩形光栅和正弦相位光栅的基础上,分析了液晶衍射光栅对入射光一级衍射情况及其衍射效率,得到了15°左右的衍射角,且衍射效率达到40%。     

液晶衍射光栅模型研究

在液晶指向矢计算的基础上，本文得到了向列相液晶在电场下折射率分布和相位延迟。并在矩形光栅和正弦相位光栅的基础上，分析了液晶衍射光栅对入射光一级衍射情况及其衍射效率，得到了它的数学模型。     

应用等效规则优化法设计光通信光栅

基于光栅电磁场理论,应用光栅等效规则计算光栅槽形初始值、结合衍射效率等高线法优化设计光栅槽形,给出了具有几何对称中心的任意槽形光栅.以全息工艺上易于制作的正弦、矩形和两种梯形典型槽形光栅为例进行优化设计,结果表明,正弦槽形光栅C波段TM波衍射效率理论峰值为95%,测量值为92%.较互易定理优化方法,等效规则优化法拓宽了光通信光栅的制作方法、降低了制作难度,为全息方法制作光通信光栅提供了理论依据.     

亚波长表面正弦介质光栅的高反射特性

用扩展边界条件法研究了亚波长表面正弦形介质光栅中的电磁场分布及其各级衍射效率。计算结果表明,在适当的参数条件下,表面正弦光栅具有全反射的特性,在一个较宽的带宽范围内实现了99．9％的高反射。     

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。     

凸面光栅的衍射效率计算及其二级光谱抑制

对超光谱成像仪使用的凸面光栅衍射效率进行了分析计算.针对常用的两种槽型的凸面光栅,运用傅立叶变换分别推导了相应的衍射效率计算公式,并使用推导的公式计算了凸面光栅的衍射效率.通过计算光栅的二级衍射光谱,对二级光谱对光谱仪分光的干扰进行分析,并提出了相应的抑制措施.     

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.     

部分相干光照明正弦振幅光栅偏振成像的研究北大核心CSCD

偏振成像由于其能检测物体偏振信息并可有效抑制背景噪声信号而受到了广泛关注。以往对正弦振幅光栅成像的研究基本都是在完全相干、非相干、或部分相干照明条件下进行,而本文基于偏振相干统一理论,在部分相干照明条件下考虑了光的偏振态,设计了部分相干光照明正弦振幅光栅的偏振成像系统,据此系统得出其斯托克斯(Stokes)频域计算模型,提供了一种计算Stokes物像频域关系的方法,通过透射交叉系数来描述其偏振成像系统的频率响应,说明偏振成像系统是非线性的,对光栅像强度中直流分量、基频、二次谐波进行分析研究,给出一组归一化Stokes参数下部分相干光照射正弦振幅光栅像面强度图,并利用MATLAB绘制出几组不同物体照明相干间隔与成像系统衍射图样大小比率下的Stokes像强度图,扩展了正弦轨迹分析在偏振成像系统性能评估中的应用。     

辨向激光光栅测振仪的研究

文中讨论激光多普勒技术的双相检测辨向方法,计算了单周期矩形相位光栅的衍射光强分布,比较了光栅常数相同的矩形相位光栅和振幅光栅的衍射效率。实验研究了一种利用双相检测法辨向的、以单周期矩形相位光栅作光束结合器的激光光栅测振仪系统。介绍了仪器的工作原理和信号处理方法,给出部分实验结果,实验结果与理论分析相吻合。     

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。     

利用严格耦合波方法研究多层介质膜光栅掩膜特性

从理论和实验上研究了多层介质膜光栅掩膜特性，用严格耦合波（RCW）法对由光栅掩膜槽形和多层膜介质基底引起的衍射效率的变化进行了理论分析，计算得出不同形貌下的光栅掩膜的反射0级光谱衍射效率分布。在实验检测方法上，采用了0级反射光衍射效率分布来进行槽形判断，并将实验结果和理论计算进行了对比。结果证明使用该方法研究光栅掩膜形貌在一定程度上是有效的。     

严格耦合波法计算体布喇格光栅衍射效率

为了获得更精确的光栅衍射效率,采用严格耦合波理论建立体布喇格光栅衍射机理模型,分析了运用严格耦合波理论实现体光栅的衍射效率计算,并利用正交Legendre多项式展开法求解耦合波方程,取得了体布喇格光栅衍射效率稳定的数值解,得到的仿真结果符合理论计算。结果表明,相对于矩阵法,该算法具有更好的收敛速率,且比Ko-gelnik耦合波理论解法更精确。     

遗传算法在光栅面形优化设计中的应用

衍射效率高、偏振相关损耗低的衍射光栅是集成波分复用／解复用器件的一种核心元件,在光通信中具有很重要的应用价值,而一般面形的光栅很难达到此要求,为此需要在光栅衍射效率计算的基础上,利用遗传算法对光栅面形进行优化。采用二次函数来描述光栅面形,选取一定的原始样本,利用耦合波方法计算光栅的衍射效率;然后采用遗传算法中的各种算子对样本进行变换,计算变换后光栅面形的衍射效率,选择其中接近所确定条件的样本进行保留;再继续下一次变换和选择,直到满足设定的要求。通过优化最后得到衍射效率高、偏辗相关损耗小的光栅面形,这些面形的光栅衍射效率达到90％以上,而相应的偏振相关损耗小于0．1dB,已经达到光通信中的相应要求。在光栅面形设计中采用了遗传算法进行光栅面形优化为有特定要求光栅的制作提供了理论指导,可以节省一定的人力和渤力、     

Reversible Polarization Gratings on Thin Films of Polyoxetanes Bearing 4‐(N,N‐Diphenyl)amino‐4′‐nitroazobenzene Chromophores

Polarization gratings were fabricated by the two‐beam coupling method on the surface of a series of polyoxetanes containing 4‐(N,N‐diphenyl)amino‐4′‐nitroazobenzene pendants with the azobenzene chromophores either side‐on attached or end‐on attached through short or long spacers to the main chain. The dynamics of formation of the gratings or writings was studied in relation to the diffraction efficiency. The erasing behavior of the gratings was also examined, irradiating a linearly polarized single beam. The temporal stability of the diffraction efficiency was further studied after removing the coupled excitation beam. Both the mode of attachment of the chromophore to the main chain and the length of the side‐chain spacer greatly influenced the dynamic properties of the diffraction gratings. The presence of a long side‐chain spacer and side‐on attachment of the chromophore resulted in faster writing and erasing behavior. A preliminary study by solid‐state ¹³C NMR of the relaxational behavior of the main‐chain CH₂ groups and the pendant chromophores provided a reasonable picture to help explain the photo‐induced reorientation and relaxation of the azo chromophores at the molecular level.     

Interferential lithography of 1D thin metallic sinusoidal gratings: Accurate control of the profile for azimuthal angular dependent plasmonic effects and applications

Nonlinear processes involved in the manufacture of nominally sinusoidal surface relief diffraction gratings generated by interference lithography can introduce distortions into the profile of these surfaces. Such distortions may dramatically affect both the specular reflectivity and diffracted efficiencies from such a surface [H. Raether, Phys. Thin Film 9 (1977) 145–261]. We shall consider in particular the case of metallic gratings used to investigate plasmonic effects that can be engineered for bio-sensing applications. To investigate these effects, interference lithography (IL) has been used for the generation of profile controlled sinusoidal plasmonic crystals. IL exposure contrast study has been performed to control the amplitude oscillation and the surface roughness quality. Bi-metallic layer of silver and gold have been systematically deposited with different film thicknesses. A comprehensive numerical model that studies the optical coupling to surface plasmon polaritons on Ag/Au gratings has been undertaken for the simulation of the reflectivity and azimuthal angle dependence [Z. Chen, I.R. Hooper, J.R. Sambles, J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 10 (1) (2008) 015007]. This computation illustrates the sensitivity of individual features to specific harmonic components of the surface, for surface plasmon resonances recorded in both the zeroth and higher diffracted orders. The roughness surface control after development and after bi-metallic evaporation strongly contributes to tighten the width of the reflectivity peak. Optimization process has shown that for an Ag (37 nm) and Au (7 nm) metallic bilayer, a semi-amplitude of 20 nm provides the best reflectivity.     

LiNbO3晶体中光折变光栅各向异性衍射的定量研究

对LiNbO3晶体中光折变光栅的各向异性衍射进行了定量研究。基于有效电光系数非零和布拉格相位匹配条件,对在LiNbO3晶体中各向异性衍射的衍射效率与光束偏振态和写入几何的关系进行了较为详细的理论计算和分析,根据建立的数学模型进行了数值计算,发现光轴垂直于写入平面时,写入的光栅可发生显著的各向异性衍射。实验测量与理论计算结果基本符合。     

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。     

用等离子体蚀刻法提高浮雕全息光栅的衍射效率

本文提出了用等离子体蚀刻法提高浮雕全息光栅衍射效率的原理和方法.从光致抗蚀剂层蚀刻到Si_3N_4薄膜层的光栅衍射效率已达31.2％,比原版光致抗蚀剂层母光栅的衍射效率提高了2.5倍。这种方法可制作优质的浮雕薄膜光栅。     

A comparative study of the Rayleigh hypothesis and analytic continuation methods as applied to sinusoidal gratings

Two methods are investigated for solving the problem of plane-wave diffraction by gratings with sinusoidal profiles. The first is based on an extension of the Rayleigh hypothesis, and the second employs an analytic continuation technique for computing the field in regions in which the Rayleigh hypothesis breaks down. Some numerical results are presented to compare the two methods.