采用丙烯酸酯双单体的高空间频率透射式体全息H-PDLC光栅的研制

全息聚合物分散液晶(holographic-polymer dispersed liquid crystal, H-PDLC)体全息光栅因其化学状态稳定、制作简单、价格低廉等优势为全息光波导耦合器件提供了一个更优的思路。本文提出了采用复合型丙烯酸酯类高/低折射率匹配调制的H-PDLC透射式体光栅的研制。首先结合耦合波理论及分子扩散理论介绍了H-PDLC光栅的形成机理。然后,通过实验对不同官能度单体的光栅材料进行筛选,并研究其全息衍射特性。在此基础上,进一步采用提高引发剂含量的方式优化了高频体全息H-PDLC光栅性能。实验结果表明,该双单体的H-PDLC配方可实现在可见光波段透过率大于90%,在空间频率为973 lp/mm下,衍射效率达到90%,响应带宽为99 nm;在2 941 lp/mm下,衍射效率为75.4%,响应带宽为29 nm。该H-PDLC光栅作为波导显示系统的耦合器件有可观的应用前景。

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。

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。

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。

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。

高效平面全息衍射光栅的获取方法

从全息衍射光栅的制作原理出发 ,介绍了全息光栅的主要制作方法 ,并与刻划光栅对比分析了全息衍射光栅的诸多优点。通过利用光栅设计的耦合波理论对全息衍射光栅槽型、槽深及槽间距等进行了优化设计 ,同时利用离子束刻蚀技术获得了高效率全息光栅。

基于BSO晶体反射式全息光栅的振动测量系统

以光折变晶体硅酸铋(BSO)为记录介质,构建了基于反射式全息光栅零差干涉振动测量系统。系统中的参考光与被振动信号调制的信号光以反射式记录全息的方式射入BSO晶体,在晶体内干涉形成反射式动态全息并实时衍射,通过对信号光的透射光和参考光的衍射光所形成的干涉信号进行解调即可得到所测的振动信号。研究了两入射光束夹角、光强比、晶体晶向等测量条件对系统测量灵敏度的影响,分析了耦合增益与测量灵敏度的关系。结果表明,以压电陶瓷(PZT)为被测对象时,系统最高可探测到频率为360kHz的振动信号。分析显示:由于反射式全息降低了布拉格光栅的空间周期,提高了入射晶体的信号光和参考光的耦合效率,故其测量灵敏度高于透射式全息光栅振动测量系统。

双波长非水溶性光致聚合物全息光栅的研究

介绍了一种对488 nm蓝光和632.8 nm红光均敏感的双色非水溶性光致聚合物制成的二重全息光栅。理论分析得出此光栅的分辨率>5 000 line/mm,温度变化时中心波长的漂移几乎为零。实验仪器测得光栅的衍射效率最高达到90%以上,而且该光栅具有成本低和一次成型的优点,适合制作波分复用器。与单波长的二重光栅相比,它解决了由于光的相干性出现的串扰问题,串扰更小,所以在制作光栅时两束光不但可以选择角度入射也可以选择平行入射,同时具有良好的波长选择性和角度选择性。

用三角形闪耀光栅实现分束器

用闪耀光栅实现了光栅分束器。给出了该分束器衍射光强分布的解析表达,讨论了影响分束性能的各种因素,并把复杂的优化设计问题转变为简单的求条件极值问题,使编程简单,计算速度快。数值模拟表明,当分别扇出2束和4束光时,衍射效率可分别达到92.50%和95.75%,扇出光束能量均匀,各级衍射效率的方差分别在10-5和10-6的数量级。与其它分束器进行了比较。

闪耀透射光栅衍射规律的分析和验证

基于标量理论研究了不同槽形角,不同刻线密度的透射式闪耀光栅对使用波段的影响,推导了闪耀透射光栅的衍射光能量分布规律。分析证明了透射闪耀光栅在衍射能量最强方向上衍射光的衍射角与入射光的入射角之间的关系满足Snell定律。给出了入射角、衍射角与槽形角之间的关系式,研究了不同刻线密度和槽形角条件下衍射光能量分布的规律。对闪耀透射光栅进行了测量和比较,结果表明:已有闪耀透射光栅测量的结果与理论计算数据相吻合。制备了聚二甲基硅氧烷(PDMS)可调谐闪耀透射光栅,应用研究的理论公式测量了该闪耀透射光栅在拉伸与自由状态下的闪耀波长和光栅刻线密度,结果显示其波长测量误差在5nm以内。拟合了光栅的等效槽形,验证了实时监测PDMS光栅槽形和刻线密度随拉力大小变化的规律。

变波长读出条件下光折变局域体全息光栅的衍射性质

利用二维耦合波理论,研究了用短波长记录全息光栅而用通讯波段内的长波长读出时,用于90°结构垂直读出平板型的光折变局域体全息光栅的衍射性质·讨论了局域体全息光栅的几何尺寸对其衍射效率及光栅布喇格选择性的影响·结果表明,随着光栅的纵向和横向尺寸的增加,光栅的衍射效率也逐渐增加·当光栅的纵向和横向尺寸发生改变但光栅的总面积不变时,光栅衍射效率保持不变·此外,随着光栅尺寸的增加光栅的布喇格选择性越好·在利用短波长记录全息光栅而用长波长读出的光学器件设计过程中,为了获得最佳的衍射效率及其布喇格选择特性,应当根据要求合理地设计光栅的几何尺寸·

反射型阶梯光栅的特性分析

衍射效率是评价二元光学器件质量性能的重要指标之一。针对反射性阶梯光栅,利用几何方法计算出斜入射情况下光束在台阶边缘的光程差的分布情况,根据多缝夫琅和费衍射推导出反射型阶梯光栅的衍射光强表达式。并在此基础上,讨论了台阶数N取2和N趋向于无穷两种极限情况下阶梯光栅光强公式的变化情况,得到区别于一般文献所表达的衍射效率公式。初步试验表明,反射型阶梯光栅的衍射效率与台阶数、蚀刻深度与入射波长的比值均有密切相关。

红敏明胶全息记录材料的配方优化及成像机理研究

从提高亚甲基蓝敏化红敏明胶材料的感光灵敏度入手 ,优化材料配方 ,改进后处理工艺 ,获得了感光速度快、灵敏度高的红敏实验配方 .实验中制作出了高衍射效率和信噪比的体积全息光栅和反射全息图 .同时对该红敏明胶配方的感光成像机理进行了初步探讨 .

变栅距闪耀光栅相对衍射效率的计算方法

提出了一种变栅距闪耀光栅相对衍射效率计算方法,它是基于变栅距闪耀光栅衍射强度分布公式得出的。该方法简洁、有效,虽然有一定的近似性,但在工程设计上仍有较强的指导性。此外,还得出变栅距闪耀光栅参数对其衍射效率的影响规律,对优化制作工艺提供了理论依据。

顺电相KTN晶体中相位栅的衍射效率分析

为了在应用中提高读出光的衍射效率,必须合理选择参量。采用将KOGELNIK的耦合波理论与Kukhtarev方程相结合,可以得出顺电相KTN晶体中透射型相位栅衍射效率的解析式。对影响光栅衍射效率的各因素进行计算分析,发现衍射效率对入射角、晶体厚度以及外加电场的变化敏感,而45°入射角附近出现较宽的高衍射区。另外,晶体的吸收对衍射效率的影响可以忽略。结果表明,该计算分析有助于在实践中调整参量以获得较高的读出光衍射效率。

严格耦合波方法计算立体正弦光栅衍射效率

为了研究振幅型光栅的衍射效率,运用严格耦合波方法建立立体正弦透射光栅的计算模型。用Matlab软件编程计算衍射效率,并模拟了光栅层附近区域内的光场振幅和相位分布。计算结果表明模型衍射效率与平面的正弦型光栅有差别,其与周期,光栅厚度相关;在一定条件下两者非常接近。

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.

闪耀光栅的二元近似结构

利用闪耀光栅的特点可制作高效的波导耦合器。采用时域有限差分法(FDTD)方法,模拟计算了二元闪耀光栅的一阶衍射效率和衍射角随光栅不同结构参数而变化的相关特征,所得结果对实际二元闪耀光栅的制备有重要参考价值。

高频高衍射效率H-PDLC体全息光栅的研究

H- PDLC体全息光栅可使光栅的衍射能量集中到非零级的衍射级次上 ,大大提高衍射效率。实验表明 ,不同的材料配方比例、干涉光夹角、PDLC的膜厚、曝光时间均对H-

亚波长闪耀光栅矢量衍射效率计算

将矢量衍射数值算法—严格耦合波分析用于精确计算亚波长闪耀光栅的衍射效率,并分析其衍射特性。建立了闪耀光栅的电磁介质模型,并将楔形不规则结构简化为多层矩形光栅结构,通过电磁场的介质分布建立严格耦合波方程。根据边界条件求解出各层的电磁场分布,再通过增透矩阵方法将各层电磁场依次迭代,求解出了整个结构的衍射效率。计算分析显示,对闪耀角为11.3°、周期为500 nm的金属铝闪耀光栅可以得到高于90%的衍射效率和相应的闪耀级次。实验表明这种矢量衍射数值算法具有较高的准确性,可以推广应用于高致密刻线复杂光栅的衍射计算分析。