机械刻划长焦距凹面金属光栅的研制

对大曲率半径(即长焦距)金属基底凹面光栅的机械刻划技术做了研究。为了刻制长焦距凹面光栅,设计和研制了弹性顶针式光栅刻划刀刀架,它具有适用于刻划平面光栅和长焦距凹面光栅的双重功能。给出了描述光栅刻划刀圆弧形刀刃曲率半径与凹面光栅曲率半径、光栅口径、金刚石刀头横向尺寸之间关系的数学表达式,理论分析了光栅刻划刀圆弧形刀刃曲率半径的取值范围,研制了10.6μm激光系统用曲率半径为30 m的凹面金属光栅。检验结果表明,光栅的槽形质量较好,光栅的衍射效率可达96.8%以上。

大型衍射光栅刻划机微定位系统控制器设计

针对衍射光栅刻划机开环控制的定位精度不能满足指标要求的问题,在刻划机已有的状态和结构下,设计了微定位系统的控制器。首先,介绍了衍射光栅刻划机,分析了微定位系统及其定位精度指标。然后,运用系统辨识的方法,设计了微定位系统的扫频实验,建立其数学模型。接着,提出了在已有数学模型的基础上,运用实际测量数据和MATLAB/Simulink软件仿真试凑来设计控制器的方法,并设计了满足精度指标要求的控制器。最后,将设计的控制器应用于微定位系统并进行模拟刻划实验,实验结果可知:所设计的微定位系统控制器定位精度基本满足指标要求,其中峰-峰值小于40 nm,RSM值总体略大于2.8 nm。

基于单压电执行器的光栅刻线摆角修正

考虑机械刻划光栅刻线摆角对平面光栅衍射波前质量的影响,本文根据光栅机械刻划过程的特点,提出了一种单压电执行器调节方法。该方法可通过不断调节微定位工作台位移,实时修正工作台摆角导致的光栅刻线摆角误差。首先,推导出了微定位工作台位移实时修正公式。接着,采用三路干涉仪实现了微定位工作台摆角测量及其主要成分分析。最后,进行了光栅刻线摆角放大和校正实验。结果显示,摆角放大和摆角校正实验已基本达到了预期的效果,对光栅宽度为10.4mm且刻线密度为600line/mm的光栅进行修正后,光栅刻线摆角比校正前降低了64%以上。这些结果表明:采用单压电执行器方法对光栅刻线摆角进行实时修正可有效降低光栅刻线摆角,提高光栅质量;该方法可应用于大面积机械刻划光栅刻线摆角的修正。

大型光栅刻划机工件台同步减重装置设计

1.引言随着激光核聚变技术,天文学和同步辐射技术等高科技的迅速发展,大面积、高分辨率光栅在这些领域得到了越来越广泛的应用。为此长春光机所光栅研究室研制出了一台大型光栅刻划机。本文讨论了刻划机工件台及光栅毛坯减重系统的设计和安装,该系统不仅可以减少工件台对导轨的压力,还可减轻重量较大的光栅毛坯对工件台的压力,确保了光栅机的刻划精度。

基于精密刻划及薄膜沉积技术的光盘分束光栅研制

给出了采用光栅刻划和镀膜技术相结合研制光盘分束光栅的方法。采用光栅刻划机在金属膜上刻制占宽比为0.5的黑白光栅,并由黑白光栅翻制出制作光盘分束光栅的掩模版。通过掩模版对涂覆在K9玻璃基底上的光刻胶实施曝光和显影形成光刻胶矩形浮雕光栅,在理论设计的误差允许范围内,对此浮雕光栅沉积SiO2薄膜,去除残余光刻胶后得到SiO2矩形光栅母版,再经复制工艺制作了环氧树脂光盘分束光栅。测试结果表明,利用光盘分束光栅的纵向和横向加工误差的互补性,可以将光栅辅助光束与读写主光束强度之比的误差控制在±0.03之内。

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。

9.77μm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%.

应用互易定理优化法设计光通信光栅

光栅作为光通信系统中的色散型波分复用器,系统通常要求其在近掠入射条件下具有高衍射效率,传统设计方法给出的光栅闪耀角大,工艺上不易实现。基于光栅电磁场理论,提出用光栅互易定理计算光栅槽形初始值,结合衍射效率等高线法优化光栅槽形的设计方法—互易定理优化法。结果表明,C波段TM波-1级峰值衍射效率理论值为94.9%,测量值为92.1%。较传统光栅设计方法,互易定理优化法的应用降低了光通信光栅的制作难度,提高了衍射效率,为掠入射光栅的研制提供了更好的途径。

闪耀光栅的傅里叶分析

用傅里叶光学来解决周期性结构的衍射问题既准确方便又容易理解。从研究透射闪耀光栅的透射函数及反射闪耀光栅的反射函数出发 ,利用傅里叶光学原理 ,从理论上分析了闪耀光栅衍射图样的复振幅和光强分布与闪耀角及波长的关系 ,并利用计算机进行了模拟计算。计算的效率曲线与实际刻划的闪耀光栅效率曲线吻合的很好。