Diffraction Properties of Blazed Gratings Illuminated with Broad-bandwidth and Divergent Beam

Far-field intensity and diffraction efficiency of the blazed reflection gratings illuminated with broad-bandwidth and divergent beam are investigated.When the spectral width and divergence of the incident beam with a constant energy increase,the maximum intensity decreases,and the half width at e-2 of the maximum intensity becomes wider.Diffraction efficiency has no deterioration for the blazed grating with a proper groove shape even when the incident light contains a broad range of wavelengths and comes from a wide range of angles.

CMOS compatible highly efficient grating couplers with a stair-step blaze profile

A novel grating coupler with a stair-step blaze profile is proposed. The coupler is a CMOS process compatible device and can be used for light coupling in optical communication. The blaze profile can be optimized to obtain a high efficiency of 66.7% for the out-of-plane coupling at the centre wavelength of 1595 nm with a 1 dB bandwidth of 41 nm. Five key parameters of the stair-step blaze grating and their effects on the coupling are discussed for the application in L band telecommunication.

小闪耀角单晶硅光栅结构参数优化及制备工艺

本文开展了对单晶硅小闪耀角光栅的各向异性湿法刻蚀制备工艺研究,制备了适用于软X射线中波波段的闪耀光栅,以满足国家同步辐射光源的需要。首先,基于严格耦合波法对小闪耀角光栅进行了结构参数优化及工艺容差分析。在晶向对准过程中,先通过环形预刻蚀确定硅片晶向,再基于倍频调整法实现光栅掩模与单晶硅<111>晶向的对准。研究了光刻胶灰化技术及活性剂对光栅槽形质量的影响,并通过单晶硅各向异性湿法刻蚀工艺成功制备了接近于理想锯齿槽形的闪耀光栅。实验结果证明:所制备光栅闪耀角为1°,刻线密度为1200 gr/mm,闪耀面均方根粗糙度在0.5 nm以内。此方法可以应用于软X射线中波波段闪耀光栅的制作,在获得较高衍射效率的同时可以大大减少制作难度及成本。

Binary blazed grating-based on silicon polarization-independent filter on insulator

In this paper, a binary blazed grating-based polarization independent filter on silicon on insulator （SOI） under full conical incidence is presented. The properties of the grating filter are investigated by rigorous coupled-wave analysis. It＇s shown that the filter demonstrates high reflectivity （R 〉 99%） at its resonant wavelength, which stays the same under three different polarization states. It indicates that this grating filter is polarization-independent. The final data shows its polarization-dependent loss （PDL） is only 0.04 dB and the full width at half maximums （FWHMs） of the transverse electric （TE-） and transverse magnetic （TM-） polarized light are 0.24 and 0.46nm, respectively.

A new micro programmable blazed grating (μPBG) and its application to multispectral imaging

一个新微可编程的燃烧栅栏(PBG ) 被设计，制作并且描绘了使用二层的多晶硅表面 micromachining 过程。介绍的 PBG 在结构简单并且有为一个宽波长范围的连续光谱的调节的能力。最大化运作的燃烧角度，当为栅栏条板的关键部件，和它的高度接近了空气差距，酒窝结构被采用。由大小，发达 PBG 样品能到达 5.19 的一个最大的燃烧角度 ???????? 瘠瑡牥瑩吗？

紫外全息闪耀光栅的制作

通过理论计算研究了影响闪耀光栅衍射效率的因素,并利用离子束刻蚀模拟程序模拟刻蚀闪耀光栅来确定闪耀光栅的制作参数。以理论计算的闪耀光栅参数为依据,以刻蚀模拟程序为指导,基于全息-离子束刻蚀工艺制作了闪耀波长分别为250nm和330nm,光栅尺寸分别为85mm×85mm,60mm×60mm,线密度均为1200lp/mm的闪耀光栅。第一种光栅闪耀角为8.54°,非闪耀角为72°,其250nm波长自准直入射时的-1级衍射光衍射效率约为81%;第二种光栅闪耀角为11.68°,非闪耀角为74°,330nm波长自准直入射时的-1级衍射光衍射效率约为80%。实验结果表明,提出的方法可以在制作闪耀光栅的过程中实现对闪耀角的精确控制,获得的实验结果与理论计算结果符合较好。利用该方法能够在大尺寸基底上获得衍射效率>75%的紫外闪耀光栅。

闪耀全息光栅离子束刻蚀工艺模拟及实验验证

依据特征曲线法推导了非晶体表面的离子束刻蚀模拟方程,结合全息光栅的刻蚀特点开发出离子束刻蚀模拟程序,并通过实验数据分析并优化了非晶体材料刻蚀速率与离子束入射角的关系方程,最后利用离子束刻蚀实验对所开发的离子束刻蚀模拟程序进行了实验验证。调节掩模与基底材料的刻蚀速率比为2∶1至1∶2,制作了线密度为1 200l/mm,闪耀角为～8.6°,非闪耀角为34°～98°的4种闪耀光栅,与刻蚀模拟程序的结果进行对比,模拟误差<5%;控制离子束刻蚀时间为6～14min,制作了线密度为1 200l/mm,闪耀角为～8.6°,顶角平台横向尺寸为0～211nm的6种光栅,与刻蚀模拟程序的模拟结果进行对比,模拟误差<1%。比较实验及离子束刻蚀模拟结果表明,离子束刻蚀模拟程序获得的模拟刻蚀轮廓曲线与实际刻蚀轮廓曲线的误差<5%;模拟刻蚀截止点与实际刻蚀截止点误差<1%。实验表明,提出的模拟方程可以准确地描述不同工艺过程和工艺参数对最终刻蚀结果的影响,进而可预知和控制离子束刻蚀过程。

同步辐射球面闪耀光栅的研制

A spherical blazed grating (SBG) of 1200l/mm was successfully fabricated for the Seya Namioka monochromator of photochemistry experiment station at National Synchrotron Radiation Laboratory with the holographic ion beam technique. In addition to the general process, the photoresist ashing technique is developed for achieving good quality gratings.

用于分频的闪耀光栅设计及衍射行为研究

详细地介绍了用于分频的闪耀光栅设计方法 ;推导了影响元件性能的衍射效率公式 ;并研究了纵横向工艺误差对其衍射行为的影响。模拟结果显示在 8%和 5%纵横向相对误差范围内 ,该闪耀光栅具有良好的分色效果。

用于ICF的分频光栅的耦合波分析

用严格的耦合波理论分析用于分频的闪耀光栅验证标量理论结果的实用性 .计算结果同标量理论结果进行比较表明 ,在提高光栅分辨力的现有指标情况下 ,闪耀光栅具有良好的分频效果 .

亚波长光栅的偏振闪耀特性

使用琼斯矩阵的方法推导了连续结构亚波长光栅的衍射方程,给出了光栅衍射效率表达式,对偏振特性与衍射特性进行了研究。发现连续结构亚波长光栅仅存在3个衍射级,总衍射效率为100%,且衍射效率可在衍射级间任意分配,0级的偏振态与入射光的偏振态相同,±1级衍射光偏振态与入射光无关,-1级为左旋圆偏振光,+1级为右旋圆偏振光。通过设置入射光偏振态与光栅相位延迟等参数,可使光栅具有闪耀特性,据此可用于设计高效偏振光分束器和偏振光开关。

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。

可调谐掺铥双包层光纤激光器实验研究

利用785 nm激光二极管作为泵浦源,对长度为4.5 m,纤芯直径为20μm,内包层截面为D形的掺铥双包层光纤进行可调谐实验研究.通过使用闪耀光栅作为选频元件,利用后向Littrow结构,获得波长在2μm附近最大105 nm范围内的可调谐输出,且在可调谐范围内,各激光光谱线宽均约2.2 nm.结果表明,可调谐波长范围除与光纤荧光谱有关外,还与闪耀光栅特性参数直接相关.

微型MOEMS阿达玛变换近红外光谱仪

提出一种运用微光机电系统（micro-opto-electro-mechanical systems,MOEMS）闪耀光栅,动态产生阿达玛变换模版的微型近红外光谱仪。它具有体积小、价格低、扫描速度快等突出优点。分析了这种新型近红外光谱仪的结构和工作原理,通过对MOEMS闪耀光栅编程,动态生成了63阶阿达玛模版。实验得到的光谱波形与岛津光谱仪测量结果吻合。检测波长范围为900-1 500 nm,分辨率为19 nm,单次扫描时间2.4s,信噪比为44.67∶1,光路尺寸为70 mm×130 mm,总体重量〈1 kg,符合实时、便携的要求。

基于相控阵雷达模型的液晶光束偏转波控方法研究

针对闪耀光栅模型光束偏转角度数量分布有限的缺点,提出一种基于相控阵雷达模型的液晶光束偏转波控方法。该方法控制液晶电极间相位差,通过改变液晶电极间相位差控制出射光波束方向。使用傅里叶光学方法推导该模型最大偏转角度、光束偏转角度与电极间调制相位关系以及衍射效率和偏转角度的关系。实验证明该方法可实现任意分辨角的光波束扫描,在0.15°光束扫描范围内实现优于20μrad的连续光束偏转。

偏晶向(111)硅片闪耀光栅的制作

硅光栅的制作可以利用湿法腐蚀体硅工艺 湿法腐蚀利用硅的各向异性 ,由硅的晶面形成光栅工作凹槽 ,利用湿法工艺可以制作在不同光谱波段内工作的闪耀光栅 设计了一种利用偏晶向 (111)硅片制作闪耀光栅的方法 ,使用这种方法可以批量制作闪耀角度较小的光栅 利用扫描电子显微镜 (SEM)进行了光栅表面形貌测试 ,试验结果表明 ,制作的硅光栅样片具有良好光学特性的反射表面和光栅槽形 硅闪耀光栅可以被用来制作微型光谱仪。

基于闪耀光纤光栅的折射率传感技术实验研究

提出了一种基于闪耀光纤光栅传感技术的折射率测量新方法,即采用SLED作为光源,通过检测闪耀光纤光栅透射谱强度实现折射率的测量。实验证明,当环境折射率在1.3723-1.4532之间变化时,闪耀光纤光栅透射功率从0.611-0.472mW线性下降,其灵敏度达到1.718μW/（0.001折射率变化）。该检测方法具有结构简单、无需波长检测、灵敏度高、易于工程化等优点。

声光调Q CO_2激光器波长调谐理论分析与实验研究

采用旋转光栅法实现了声光调Q CO_2激光器可调谐脉冲激光输出。理论分析了CO_2激光波长调谐特性,发现调节各支谱线腔内损耗是实现激光波长调谐的有效方法。进而理论计算了特定设计波长闪耀光栅的衍射效率与激光波长间的关系,结果显示光栅调谐的激光谱线自准直角与光栅闪耀角一致时具有最高的衍射效率。采用闪耀角分别为31.97°(闪耀波长10.59μm)和28.71°(闪耀波长9.60μm)的光栅实验研究了声光调Q CO_2激光器波长调谐特性,分别获得了65条和75条激光谱线。实验结果显示:光栅设计闪耀波长处于弱激光增益分支时可获得更多条激光谱线,该实验与理论计算结果相符。在脉冲重复频率为1 k Hz时,获得10.59μm激光脉冲宽度为160 ns,平均功率4.2 W,脉冲峰值功率26.25 k W,且稳定性良好。

改善MEMS闪耀光栅衍射效率的研究

研究了在硅材料上利用MEMS (Micro-Electro-Mechanical System)的各向异性腐蚀技术制备 闪耀光栅。采用氧化削尖工艺去除光栅制备过程中掩膜在闪耀面上留下的平台,得到一个连续的闪耀面;同时对闪耀面进行表面抛光,改善闪耀面的粗糙度,减小对入射光的散射。理论分析和实验测试证明,该工艺方法能够将MEMS闪耀光栅的衍射效率提高10%左右。

真空紫外硅闪耀光栅的制作

利用单晶硅在KOH溶液中的各向异性刻蚀特性,在相对Si(111)面切偏角为5°的单晶片上制作了1200gr/mm的真空紫外闪耀光栅。结合全息干涉曝光以及光刻胶灰化技术,在单晶硅表面得到了小占宽比的高质量光刻胶掩模,用湿法刻蚀将光栅掩模图形转移到单晶硅表面的天然氧化层上,并将其作为硅各向异性湿法刻蚀的掩模,成功获得了接近于理想锯齿槽形的闪耀光栅。用原子力显微镜分析光栅闪耀面,结果表明其表面均方根粗糙度约为0.2nm。在真空紫外波段对其进行衍射效率测量,发现光栅在135nm波长处显示出良好的闪耀特性。此方法可以应用于真空紫外和软X射线波段的光栅制作,在获得较高的槽形效率的同时,可以大大减少其制作难度及成本。