向列相液晶中非对称相位光栅的产生及形貌

为了研究液晶中相位光栅的动态衍射特性和光栅形貌,提出了在C_(60)掺杂垂直排列向列相液晶(NLC)中产生非对称光栅的方法,分析了光栅产生机制并建立了光栅形貌的数学模型。首先,用水平偏振光的斜入射光束写入相位光栅。然后,利用一束光作为探测光读出光栅并利用光电探测器记录衍射光强。实验表明,光栅的最大衍射效率超过60%,且衍射强度分布不对称。基于非对称衍射的特征,提出了基于光折变效应产生非对称衍射分布和衍射效率超过对称光栅Raman-Nath衍射理论极限的物理机制。最后,给出了在NLC中形成非对称锯齿形光栅的假设,并提出了描述非对称锯齿形相位光栅的数学模型。研究结果表明,相位光栅的高衍射效率来源于液晶中非正弦调制的空间电荷场。这种非对称电场主要是表面电荷调制和Carr-Helfrich效应共同作用的结果。提出的非对称锯齿形光栅模型假设能够很好地描述非对称衍射和衍射效率突破Raman-Nath理论关于对称光栅衍射理论限制的原因。

基于偏振全息术制备Pancharatnam-Berry相位光栅

PB相位光栅既具有对入射光偏振方向敏感的独特性质,同时又具有较宽的响应带宽和较高的单级衍射效率.采用基于偏振全息记录的液晶技术,将光敏偶氮染料SD-1旋涂在单面导电的ITO玻璃基板上,曝光后可得到具有偏振周期性旋转图案的取向层.结合FDTD模拟仿真,设计了PB相位光栅制备方案并搭建了实验装置.设计PB相位光栅衍射效率的检测光路,验证其高效的单级衍射.搭建圆偏振光旋向检测光路,验证了PB相位光栅改变入射圆偏振光旋向的特性.

浮雕型全息相位光栅的衍射

本文从理论上推导出了浮雕型相位全息光栅所满足的衍射方程式，并数值计算了光刻胶四种情况下的＋１级衍射光的衍射效率与相位光栅刻蚀深度的关系．还和大量实际拍摄的全息光栅作了比较，发现它基本上都能与实验相符；文中还指出了如何选择拍摄参数来控制光栅的刻蚀深度，以确保制作高衍射效率和高信噪比的ＰＥＴ（聚酯薄膜）模压全息片所需要的光刻胶母版拍摄。

利用偏振全息记录可重复擦写的偶氮相位光栅

利用偏振全息技术在偶氮苯侧链聚合物薄膜上进行了记录全息相位光栅的研究.从理论和实验两方面分析了不同的偏振全息模式、偶氮高分子聚合物材料和全息曝光时间对相位光栅生成的影响.通过实验比较,确定了最佳的实验条件,在形成折射率相位光栅的同时,最大限度的避免了由于大分子运动而导致的表面起伏对相位光栅的破坏,并在此基础上,记录了可重复擦写的全息相位光栅.这种全息光栅制作比较方便,光栅系数可以方便的调整,在室温下非常稳定并且能用圆偏振光完全擦除后重复写入.

结合高位深相位光栅图的LC-SLM标定

为了提高对液晶空间光调制器(LC-SLM)的校准精度,采用高位深相位光栅图对LC-SLM进行了标定。在LC-SLM上加载16位深度相位光栅图,并使光束经LC-SLM调制后生成衍射光斑;测量衍射光斑中心光强,经过计算分析得出计算机灰度信号与相位调制量之间的映射关系,最终得出针对488nm激光的LC-SLM标定LUT文件(LUT16)。结果表明,在LC-SLM上加载0~2π涡旋相位,并结合LUT16文件调制光束可以得到光斑质量很好的中空光斑,这与结合LUT8文件调制的中空光斑相比,光斑质量从0.53提高到0.76,提高了1.43倍。针对特定波长,利用高位深相位光栅图标定LC-SLM得到的LUT文件可以使LC-SLM根据加载相位对光束进行有效调制,且调制效果优于结合LUT8对光束进行调制的结果,对LC-SLM的校准精度得到提高。

微型可编程相位光栅的理论特性研究

本文提出了一种基于微光机电系统 ( MOEMS)的新型可编程相位光栅技术 ,并对其工作原理和理论特性进行了分析和研究 ,同时给出部分数值仿真结果 ,并得出了一些重要的结论。

一种基于相位光栅干涉微位移传感器的研制

高精度微位移传感器是表面计量技术的关键技术之一。文中介绍了一种低成本、高精度的接触式微位移传感器。该传感器采用平行簧片实现精密直线运动,相位透射型正弦衍射光栅作为计量光栅实现高精密的位移测量。文中分析了其测量原理、光学原理、干涉条纹的光电接收以及辨向、细分。理论分析和实验应用结果表明该传感器垂直分辨率可达到nm级,测量量程为2 mm,可以用于微纳米表面形貌和轮廓的测量。

光纤相位光栅（布喇格光栅）的制作

讨论了光纤的光敏性，并着重综述了光纤相位光栅（布喇格光栅）的制作方法。

相位光栅型曲率传感器的波前校正算法

针对相位光栅曲率传感器能够测量波前曲率在光瞳面上分布的特点,提出了一种采用整个空间分布的曲率信号来实现波前校正的算法。用曲率型变形镜影响函数的曲率信号在光瞳面上的分布来拟合待校正波前的曲率信号,采用最小二乘方法得到变形镜的控制电压,实现波前校正过程。数值模拟了一种41单元曲率型自适应光学系统采用该算法的波前校正过程。结果表明,对4至28阶Zernike像差体现了校正效果,对曲率为0的Zernike像差校正效果略好于曲率不为0的Zernike像差。与传统分区法的校正效果相比,整体法对Zernike像差的校正效果基本相当。整体法无需对光瞳面上的曲率信号进行与电极分布相同的分区,降低了对系统校准的要求。

微型可编程相位光栅结构设计及有限元分析

微纳米技术的迅速发展促使微机电系统 (MEMS)与微光学相结合形成微光机电系统 (MOEMS) ,从而为可编程相位光栅的研究和实现提供了可能。在 MOEMS的设计中 ,仅用传统的分析手段已经不够 ,其建模和仿真需要用到有限元分析。本文提出了一种可编程相位光栅的可变形结构 ,运用经典理论建模 ,通过计算得到其变形的定性分析结果和定量的近似结果 ,并提出一个用有限元分析软件 ANSYS进行有限元建模的实例 。

透射式矩形相位光栅的衍射光谱分析

提出了一种计算透射式矩形相位光栅衍射场的简便方法,计算并分析了透射式矩形相位光栅的衍射光谱,给出了相位光栅的衍射光谱与光栅材料的折射率、光栅厚度和入射波长的关系,得到了把衍射光能量集中到1级光谱的条件;并在相位光栅的应用方面作了探讨.

紫外光诱导液晶相位光栅

使用紫外光诱导取向技术制作了可转换的液晶相位光栅,通过光掩模两次曝光的方法形成光栅条纹.这种光栅制作工艺较为简单,不需要上下基板精确的对准,驱动电压较低.采用He-Ne激光器和光探测器进行测试,结果表明,衍射效率具有电场调制性并出现同预测一致的衍射条纹.对液晶光栅的偏振特性进行了研究,利用琼斯矩阵和衍射理论对液晶相位光栅衍射强度进行了分析和模拟计算.

向列相液晶中相位光栅光束耦合特性

为了研究向列相液晶中相位光栅光束耦合特性,从理论上分析了相位光栅的光束耦合和衍射规律,采用掺杂C60垂直排列的向列相液晶(5CB),厚度为20μm的样品,进行二波耦合(TBC)实验,研究动态衍射和光束放大特性。结果表明:相位光栅的衍射强度分布呈现明显不对称。根据取向光折变效应表面电荷调制机制和电场作用下的Carr-Helfrich效应对此现象给出定性解释,认为非对称光强分布来自于样品中产生的非对称相位光栅。液晶中非正弦调制的空间电荷场产生了非对称相位光栅。

投影光刻中相位光栅对准信号计算的新模型

对分步重复投影半导体光刻机相位光栅对准信号作了详细的分析，提出了更加合理精确的计算模型，并与其他论文中的实验数据作了初步比较，模型与实验更加接近．本文所提供的方法也适用于对有减反膜的光刻工艺对准信号的分析．

离焦量和非单色光对二元相位光栅泰伯像的影响

利用平面波衍射的角谱理论 ,分析计算了二元相位光栅衍射光场的空间分布 ,特别讨论了离焦量和非单色光对泰伯像的影响 .随离焦量和带宽的增加 ,泰伯像的对比度和衍射效率减小 ,而压缩比增加 .计算结果指出 ,在带宽 <10 0 0或离焦量 <0 .0 1时 ,其对比度和衍射效率减小不到10 % ,仍能成较高质量的泰伯像 ;当带宽 >5 0 0 0或离焦量 >0 .1时 ,成像质量显著下降 .用薄膜沉积法制作了二元相位光栅 ,实验验证了理论结果 .这些结果对泰伯成像和阵列照明器的设计有重要的参考价值 .

可编程相位光栅结构的微机械特性研究

描述了可编程相位光栅光带结构微机械特性中的频响特性与回复时光带瞬态行为研究的原理,并介绍了相应的仿真结果。光栅样机采用硅微机械技术加工而成,其测试结果表明,光栅样机的频响特性基本符合理论推导与仿真结果,光带谐振频率在120Hz～240Hz的区间之内,截止频率约为7.14kHz;光带的响应时间与回复时间相当,约为70μs。

用于ICF驱动器的色分离相位光栅的研究

采用相位闪耀光栅原理设计出用于ＩＣＦ驱动器中能离轴分离基频、二倍频、三倍频激光的色分离相位光栅，理论上三倍频零级衍射效率达到１００％，同时，对该相位光栅进行了实际制作和实验测量，测出了基频光和二倍频光的分离角以及光栅的零级衍射效率。

相位光栅分离双波长宽角度光线的理论分析

使用衍射光栅的分色分光方式一般以平行光入射情况为讨论基础,对于非平行光入射的情况讨论较少.本文基于菲涅尔衍射理论和角谱理论,将球面波与平面波的衍射波场联系起来,从而在传播函数中引入角度参量,结合分数泰伯效应的理论基础,推导出双波长宽角度入射光线经相位光栅衍射后的波场分布函数,并对推导出的函数进行数值模拟,得到像面不同位置衍射波场分布.与平行光入射时的标准波场分布相比较,得到宽角度入射时的衍射波场的横向展宽量和偏移量.通过调节光栅台阶的宽度,改变衍射场的展宽和偏移,使各个单一波长的衍射波场宽度小于光栅周期的一半,从而减少双波长光衍射波场的混叠.同时本文给出波场宽度与光栅台阶宽度的变化关系,选取光栅面上多个位置作为台阶宽度的计算点,并对整个光栅的台阶宽度进行曲线拟合,得到可以使双波长宽角度入射光实现良好空间分离的光栅参量.该结果可用于各类宽角度入射光线的光谱分离场合,如双波长成像、液晶显示和液晶投影等.

用多级台阶量化相位光栅分离偏振光

构造了三角形轮廓多级台阶量化相位光栅模型,用傅里叶光学方法详细推导了光栅衍射场强的解析表达式。分析了这种光栅对偏振光的分离和聚焦特性,并优化设计了两个光栅。数值模拟和分析表明,模型光栅能够将o光和e光分离任意距离,并分别在指定的方向上聚焦。计算结果显示,取8～16个量化级就可以得到较大的衍射效率,两偏振光的能量比较均衡,偏振性能较好;量化级数的进一步增加只是衍射效率有所增加,并不能提高偏振性能。

相位光栅干涉传感在位移测量中的应用研究

伴随精密制造技术的快速发展,高精度的位移测量技术成为测量领域关注的核心问题。深入分析相位光栅干涉测量原理可知,相位光栅干涉传感的分辨率属于微米级,甚至可达纳米级,将相位光栅干涉传感用于位移测量中可大大提升测量精度。因此,设计一种基于相位光栅传感器的位移自动测量系统,系统采用高对称性的四象限光电管,确保收到的干涉条纹信号不存在分散性,获取高信噪比的两路正交光电差分信号;将信号通过前置方法、去噪、去除直流偏置以及差动放大后,处理为方波信号传输至GAL16V8(可编程逻辑器件)和单片机进行四倍频细分以及辨向处理后,使用12A/D芯片AD1674对信号进行模数变换,得到干涉条纹信号的瞬时相位角,依据该相位角获取光栅位移值,单片机依据位移值的线性逼近值修正位移测量误差。研究结果表明,该测量系统测量值与实际值的差值仅有0.006μm,测量精度较高;与同类测量系统相比,可在短时间内完成高精度位移测量任务,在存在噪声的环境中进行位移测量时,该系统抗干扰性始终大于0.8。