Optical transfer function analysis of circular-pupil wavefront coding systems with separable phase masks

This paper proposes a simple method to achieve the optical transfer function of a circular pupil wavefront coding system with a separable phase mask in Cartesian coordinates. Based on the stationary phase method, the optical transfer function of the circular pupil system can be easily obtained from the optical transfer function of the rectangular pupil system by modifying the cut-off frequency and the on-axial modulation transfer function. Finally, a system with a cubic phase mask is used as an example to illustrate the way to achieve the optical transfer function of the circular pupil system from the rectangular pupil system.

利用光敏光纤制作少模光纤布喇格光栅

利用相位掩模技术在光敏光纤中制作出了少模光纤布喇格光栅 ,1 .0 6 μm波长附近有2～ 3个特征峰 ,峰值约 4～ 5dB 对这种光纤光栅的特性进行了分析 ,结果表明理论与实验结果符合得较好 ,并对光纤光栅的温度特性进行了实验研究和理论分析 ,实验结果测得光纤光栅的温度敏感度为 9～ 1

光纤光栅制作技术研究

光纤光栅在光纤通信、光纤传感及光纤光学等领域内具有重大的应用价值,近年来受到了人们的广泛关注和高度重视。文中介绍了光纤的增敏方法及常用的光纤光栅制作方法,分析了各种光纤光栅制作方法的优缺点,并通过实验成功制作了反射率达到99.96%的单模光纤光栅。

基于双包层光纤光栅的掺镱双包层光纤激光器

通过求解速率方程,得到了掺镱双包层光纤激光器输出光功率和泵浦阈值功率表达式,分析了腔镜反射率、光纤长度对激光器阈值功率和输出激光功率的影响。采用相位掩模法在双包层光纤上直接写入光纤布拉格光栅,以此作为光纤激光器后腔镜,研制了稳定输出的掺镱双包层光纤激光器。试验得到了波长1 083.25 nm,线宽0.112 nm,最高输出功率1.07 W的稳定激光输出,泵浦阈值173 mW。

基于数字全息技术的迈克尔逊干涉仪设计与应用

传统的迈克尔逊干涉仪只能简单地呈现光的干涉图像,并不能生动体现光的波动特性及其形貌特征,且测量过程繁琐。针对这些问题,提出了一种基于数字全息技术的新型迈克尔逊干涉仪实验装置。该装置采用2个CCD相机代替传统迈克尔逊干涉仪中的平面反射镜,并引入与球面光相干的平面参考光与球面光发生干涉,利用数字全息技术直接获取2个CCD记录面上的球面光复振幅信息,然后通过最小二乘拟合获取球面波参数,并对球面光复振幅进行解调得到居中后的球面光复振幅,最后通过数字干涉的方法实现两球面光的干涉。实验结果表明,该装置能实时生动地显示入射球面光的三维图像和两球面光的干涉图像,同时根据拟合得到的参数能便捷地测量透明等厚介质的折射率,实验中测量了3种不同材料的折射率,其误差均能控制在±5%以内,有较高的测量精度。

相位掩模版法刻制光纤光栅的研究

对刻制光纤光栅的相位掩模版法进行了分析 ,并做了实验研究 .

实现物体360°轮廓测量的新型轮廓拼接方法

提出一种新型轮廓拼接技术用来实现复杂物体的360°几何轮廓的测量。应用光栅投射三维轮廓技术使被测物绕旋转轴进行多次旋转,获得能覆盖整个物面的多个单视角的三维坐标,利用坐标变换将这些数据转换到统一的坐标系下,然后应用正负方向掩膜矩阵法拼接合成物体360°轮廓。实践表明,应用该方法物体只需在4个角度0°、90°、180°、270°进行旋转,就能快速得到物体360°轮廓,它不仅可以用于普通连续面形的测量, 又可以用于含有间断的面形即自由曲面的测量。

波前编码成像系统仿真实验

扩大非相干光学成像系统的焦深已是应用光学领域热点问题。从相位掩膜板的基本原理出发,对其调制传递函数(MTF)的性质进行了深入分析,并从仿真实验结果中提出了一个重要参数a的设定方法,从而使得成像系统即使在前向离焦和后向离焦的较大范围内(-20￡ψ￡20)内传递函数仍表现出极不敏感性。这样可以用其最大离焦范围内中任意调制传递函数逆变化来还原图像。仿真实验证明了用该方法的可行性。

无透镜傅里叶变换数字全息中的相位补偿

数值再现像相位的准确性直接影响到数字全息检测的结果。为了找出再现过程中存在的相位畸变并采取相应的方法达到自动补偿,对无透镜傅里叶变换数字全息中的相位补偿问题进行了研究。因为经过单次傅里叶变换法进行数字波面重构时,存在一个附加的二次相位因子,该附加因子造成了再现像的相位畸变。采用最小二乘曲线拟合方法,通过多剖面计算得出数字相位掩膜进而对相位分布进行校正,并进行了理论分析和对比实验验证。结果表明,与常用的二剖面方法相比,能够对相位畸变进行更好的校正。这一结果对相位补偿问题的研究是有帮助的。

一种新的InSAR合成相位展开算法

提出一种新的InSAR二维相位展开方法。该合成算法充分利用了枝切法和有限元方法的优点。方法的核心是确定相位可靠区域与不可靠区域,有效避免了相位误差从不可靠区域向可靠区域的传递,保证了可靠区域相位展开结果的精度,较大程度上提高了整体的相位展开结果精度。仿真数据实验结果验证了这种合成算法的有效性。

缺陷对极紫外掩模多层结构反射场的扰动研究

极紫外光刻掩模具有特殊的多层膜堆叠的反射式结构,在工艺制造过程中极易产生缺陷,引起多层膜结构变形,从而对掩模反射场产生干扰。这种掩模缺陷是制约极紫外光刻技术发展的难题之一。建立了含有缺陷的极紫外掩模多层膜结构模型,在此基础上采用时域有限差分(FDTD)法分析了缺陷尺寸和缺陷位置对掩模多层膜结构反射场分布的影响。结果表明,多层膜结构反射场受干扰程度是缺陷的高度和宽度综合作用的结果,并且与缺陷结构的平缓程度有关。反射场受干扰程度也与缺陷在多层膜结构内部的高度位置有关,引起多层膜结构靠近底层变形的缺陷对反射场的影响较小,而引起多层膜结构靠近顶层变形的缺陷对反射场有明显的干扰。

中心波长1080nm的高功率光纤光栅研制与测试

介绍了基于紫外光侧写和相位掩模法制作双包层光纤光栅的工艺,制作了一对中心波长1080 nm的光纤光栅,测试光谱得到其反射谱带宽分别为2 nm和1 nm。采用自制的光纤光栅搭建了一个高功率光纤振荡器,得到最高502 W的激光输出,并测试了输出激光的光谱和光束质量。

面向中红外FBG刻写的相位模板衍射光场分析

基于有限元算法建立用于刻写中红外光纤布喇格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)的相位模板物理模型,对相位模板的衍射光场进行模拟分析。在模拟过程中,采用平面波和球面波两种不同光源。采用平面波作为入射光时,通过改变平面波的入射角度和相位模板光栅的刻槽深度分析Talbot衍射图样的变化。采用球面波作为入射光时,通过改变光源与相位模板的距离分析衍射图样的变化。结果表明,当平面波以任意角度斜入射时,沿与入射光相同方向形成Talbot衍射图样。当改变相位模板刻槽深度时,Talbot衍射图样的形状和能量分布均发生变化:随着刻槽深度的增加,衍射能量最大值逐渐变大;当刻槽超过一定深度时,能量最大值开始减小,同时Talbot图像向均匀条纹演变。当球面波入射到相位模板时,Talbot衍射图样沿球面波传播方向分布。随着球面波波源逐渐靠近相位模板,能量最大值逐渐升高;当超过一定距离时,能量最大值开始下降。

相移光纤光栅耦合系数控制

为了通过遮挡法实现不同耦合系数π相移光纤光栅制作,分析了刻制过程中的相移形成原理,提出通过调整遮挡区长度和π相移周期次数控制π相移光纤光栅耦合系数的方法.采用传输矩阵法对刻制相移光纤光栅过程中的透射谱变化进行仿真计算,分析了不同光栅条纹可见度下遮挡区长度对相移光纤光栅透射谱的影响.基于不同遮挡区长度进行了相移光纤光栅制作实验,结果表明:通过调整遮挡区长度和π相移出现次数能够实现对相移光纤光栅耦合系数的有效控制.

Bragg Grating Formation in B/Ge Codoped Optical Fibers

A 2-cm long Bragg grating with reflectivity of～99.95% in B/Ge codoped optical fiber without hydrogen loading was created by phase-mask method with a pulsed KrF excimer laser at 248 nm. DC and AC components of refractive index change were analyzed by monitoring transmission spectrum evolution during the writing process of fiber Bragg grating. The relations of the evolution of center wavelength and reflectivity with number of pulses were respectively investigated.

Mask相位法校准液晶空间光调制器的相位调制特性

提出Mask相位法校准出厂标定波长在532 nm的液晶空间光调制器(LC-SLM)在561 nm处的相位调制特性曲线。首先基于傅里叶光学模拟计算得出棋盘型二维相位光栅相位对比度与零级衍射光斑光强之间的对应关系,然后搭建实验光路测量计算机所发灰度图所对应的零级衍射光斑光强值。根据前面两组结果最后得到相位延迟量与计算机灰度级之间的关系曲线,从而得到LC-SLM在561 nm处的相位调制特性曲线。用4λ的离焦对光斑进行调制,校准之后光斑光强分布与理论计算值之间的偏差为45.7,比校准之前的偏差110.4减少了64.7;用10λ的倾斜对光斑进行调制,校准之后零级衍射光斑和二级衍射光斑的强度分别是校准前的32.3%和64.1%。实验结果表明,使用Mask相位法对LC-SLM的相位调制特性曲线进行校准之后,LC-SLM的调制效果有了明显的改进。

飞秒激光刻写布拉格光栅反射光谱特性研究

利用飞秒激光相位掩模加工方法制造光纤布拉格光栅(FBG),并研究了激光能量和曝光时间对FBG波长、反射率和带宽的影响规律。研究发现,随着曝光时间的增加,光纤的折射率调制量逐渐变大,耦合效率增大,反射率逐渐变大。当光纤耦合效率达到饱和时,反射率保持不变;当过曝光时,反射率轻微减小,光纤的平均有效折射率和折射率调制深度均变大,带宽增大。随着激光能量的增大,达到最大反射率所需要的曝光时间缩短,且FBG波长的红移量越多,带宽就越大。过大的激光能量会使平均有效折射率和折射率调制深度变大,从而导致FBG主谐振峰两边的旁瓣增多,影响光谱质量。另外,短波方向旁瓣的振荡比较显著,而长波方向则比较平顺。因此,在实际加工中需要选择合适的激光曝光能量和曝光时间。实验获得的最大FBG反射强度达到15 dB,且其光谱变化和理论分析一致。该研究为高质量FBG的制造和光谱特性优化提供了实验依据。

光纤光栅选频掺Yb^(3+)双包层光纤激光器

利用相位掩模法 ,在D形内包层掺Yb3+双包层光纤一端直接写制出Bragg光栅 ,用作双包层光纤激光器的输出腔镜 .试验得到了线宽为 0 196nm ,波长为 10 5 8 2nm ,最高输出功率为 5 70mW的稳定激光输出 ,解决了激光器中模式竞争造成的输出不稳定现象 .从速率方程出发 ,对激光器的输出功率与抽运功率、光栅反射率的关系以及最佳光纤长度进行了理论分析 。

双包层光纤光栅的制备及其高功率光纤激光实验研究

以248 nm的KeF准分子激光器为光源,基于相位掩模法,研究了大模场面积双包层光纤(LMA-DCF)光栅的刻写技术。在20/400μm的LMA-DCF中制备出中心波长1076.11 nm,基模反射率大于99.9%,3 dB带宽0.32 nm的光纤布拉格光栅(FBG)。用已制备的FBG作为腔镜,采用分立的光学元件后向抽运掺Yb3+光纤激光器,实现了144 W的稳定激光输出,斜率效率为60%,输出激光光谱特性同FBG的光谱特性一致。

波前编码系统的点扩散函数稳相法分析

本文利用稳相法从本质上分析了三次相位波前编码系统的点扩散函数特性.通过分析三次相位板任意位置掩膜带和点扩散函数的关系,指出点扩散函数和稳相点的关系:两个稳相点引起点扩散函数的振荡,一个稳相点则只会造成点扩散函数的平稳变化.相位掩膜带或相位掩膜对的对称结构是同一区域内存在两个稳相点的必要条件,对称结构的不同位置对应于点扩散函数的不同部分.这种对应关系同时解释了对焦点扩散函数只存在振荡,而离焦点扩散函数却还存在平缓变化区域的本质原因,这是由离焦时光学对称轴和几何对称轴不重合引起的.本文建立了点扩散函数和对称相位掩膜对之间的对应关系,可以有效地指导相位掩膜的加工和检验.