波导体全息光栅衍射光谱范围一致性研究

为了减小体全息光栅用于全息波导显示时不同视场角下衍射光谱的偏移,提出选择最佳的光栅矢量倾斜角和像源光轴相对于体全息光栅的倾斜角,可以减小衍射光谱的偏移。为了使全息波导显示系统在给定入射角度范围内具有相同的衍射光谱范围,采用三次曝光记录了一层体全息光栅。仿真结果表明,当像源的光谱范围在524~540nm之间时,该体全息光栅在入射角度范围-3°~3°内的衍射光谱范围相同,提高了给定入射角度范围内衍射光谱范围的一致性,可以应用于全息波导显示系统中。     

两种方式记录的体全息图偏振特性的分析

本文用三维衍射光栅和琼斯矩阵理论分析了两种方式记录的体全息图的光学特性和其出射光的偏振待性。分析表明,用互相平行的偏振光在各向同性介质上记录的体全息图是一种三维衍射光栅,特定结构的体全息光栅可以作为偏振分光镜;用互相正交的偏振光在光致各向异性介质上记录的体全息图,其表面光强均匀,而偏振状态随表面位置及深度而变化,称为体偏振全息图,用特定的光波照射可恢复原物光波的偏振特性。这两种体全息图各自具有独特的偏振特性,称之为偏振全息光学元件(PHOE).     

VCD和DVD用全息光栅衍射效率的分析

在 VCD和 DVD中由于使用了全息光学元件 ,全息光学读出头的元件数量比传统光头的元件数量少 .分析了光盘信号探测、聚焦、循迹原理 .推出了光栅衍射效率的一般计算公式 ,并给出了光栅沟槽形状为“方波”时光栅衍射效率的计算公式 ,由此计算出了 VCD和 DVD实用的全息光学元件的蚀刻深度     

VCD和DVD用全息光栅衍射效率的分析

在VCD和DVD中由于使用了全息光学元件,全息光学读出头的元件数量比传统光头的元件数量少.分析了光盘信号探测、聚焦、循迹原理.推出了光栅衍射效率的一般计算公式,并给出了光栅沟槽形状为"方波”时光栅衍射效率的计算公式,由此计算出了VCD和DVD实用的全息光学元件的蚀刻深度.     

VCD和DVD用全息光栅衍射效率的分析

在VCD和DVD中由于使用了全息光学元件,全息光学读出头的元件数量比传统光头的元件数量少.分析了光盘信号探测、聚焦、循迹原理.推出了光栅衍射效率的一般计算公式,并给出了光栅沟槽形状为"方波”时光栅衍射效率的计算公式,由此计算出了VCD和DVD实用的全息光学元件的蚀刻深度.     

非均匀混合调制光栅衍射效率计算方法及特性分析

通过引入介电常数与吸收常数随膜层厚度非均匀变化函数来计算非理想调制轮廓体全息光栅的衍射效率,分析其衍射特性。根据Kamiya严格的分层计算方法,推导出了非均匀混合调制轮廓等非理想情况下的二阶耦合微分方程,据此考察了吸收常数及其调制度变化时光栅各级次衍射光的衍射特性,分析了衰减系数及相位-振幅光栅异相等因素对光栅角度选择性的影响,给出光栅衍射效率对几何分层的响应程度。通过与Kogelnik和Sabol的计算方法对比,进一步论证了严格算法的准确性。结果表明,光栅衍射效率峰值随吸收常数、衰减系数及相位-振幅光栅之间相位差的变化而变化;吸收调制度会小幅度增加效率峰值,但因吸收常数的存在,整体效率不高;分层数对光栅角度选择性和角谱宽度影响较小,分层数与衍射效率的收敛性表明取20层较好。该工作对非理想调制轮廓的体全息光栅衍射效率计算及其特性分析具有一定的参考价值。     

正交读出方式体全息光栅通信波长衍射特性

为了寻求高质量和高密度的密集波分复用器件,采用了在双掺铟铁的铌酸锂晶体中透射式记录/正交式读出方案制作体全息光栅的方法,对体全息光栅衍射特性进行理论分析和实验验证。利用波长为532nm的激光记录尺寸比为1:1的体全息光栅,然后用中心波长为1550nm的红外通讯波长成功读出,取得了波长选择性为0.5nm的波长衍射特性数据。同时,利用2维耦合波理论的闭形式解析解得到了该体全息光栅衍射效率随波长的变化关系。结果表明,实验结果与理论预期相符合,这一方法对制作体全息光栅密集波分复用器件的实用化是有帮助的。     

正交读出方式体全息光栅通信波长衍射特性

为了寻求高质量和高密度的密集波分复用器件,采用了在双掺铟铁的铌酸锂晶体中透射式记录/正交式读出方案制作体全息光栅的方法,对体全息光栅衍射特性进行理论分析和实验验证.利用波长为532nm的激光记录尺寸比为1:1的体全息光栅,然后用中心波长为1550nm的红外通讯波长成功读出,取得了波长选择性为0.5nm的波长衍射特性数据.同时,利用2维耦合波理论的闭形式解析解得到了该体全息光栅衍射效率随波长的变化关系.结果表明,实验结果与理论预期相符合,这一方法对制作体全息光栅密集波分复用器件的实用化是有帮助的.     

平面变线密度光栅的制作和波前检测

为了制作平面变线密度光栅,满足线密度变化的要求,采用两个点光源和辅助透镜对基底曝光。编写了第一代和第二代光路的计算程序,计算出拍摄光路的几何位置参量,依据实际情况选择光路。提出了在线检测波前的方法,将辅助的标准光栅放在基底的位置上,入射光被标准光栅衍射,衍射光在光栅表面的干涉条纹反映了入射光的波前分布。采用数码相机和辅助镜拍摄干涉条纹,编写条纹分析程序,根据条纹调节元件的位置,直到入射波前满足要求后,对涂有光刻胶的基底曝光,制作出了原型的变线密度光栅。波前检测方法也可以用于其他全息光栅的制作中。     

全息拼接光栅的误差研究

为了制作大面积拼接光栅,对全息光栅拼接误差进行了分析。利用参考光栅与光场光栅形成的莫尔条纹来控制拼接光栅位置和误差,确定了参考光栅莫尔条纹间距、倾斜度及相位与拼接光栅位置之间的关系。研究了参考光栅面和拼接光栅基片不平行时莫尔条纹与拼接光栅条纹的相位一致性,计算了光程差漂移对拼接光栅相位对准误差的影响,分析了工作平台移动对光栅拼接误差的影响。得出光栅拼接总误差为0.15λ,该误差接近光栅拼接精度要求,通过实验验证了全息光栅拼接误差分析的正确性。结果表明,利用参考光栅进行全息光栅拼接是可行的。全息拼接光栅的误差分析为制作米量级高精度拼接光栅提供了理论支持。     

表面起伏对体积相位全息光栅衍射效率的影响

从理论上分析了重铬酸盐明胶经过全息曝光制作而成的体积相位全息光栅产生表面起伏时光栅介质层介电常数的变化。严格分析了体积相位全息光栅有表面起伏时所形成的既有折射率调制，又有浮雕调制的复合型光栅的衍射特性，并编制程序进行了计算。为了证明程序的正确性，还用所编制的程序计算了一种已知衍射效率光栅的衍射效率。并得到了满意的结果。进而分析了表面起伏、光栅介质层厚度、折射率调制度对体积相位全息光栅衍射效率的影响，并且对它们所产生的影响进行了比较，得出了在获得较大＋1级透射率的情况下，表面起伏、光栅介质层厚度、折射率调制度的误差容限，这对体积相位全息光栅的制作有一定的指导意义。     

数字全息图再现像的分析计算

用菲涅耳衍射和振幅全息的理论，分析了数字全息的物像关系和再现像的分辨率，并进行相应的数值模拟和实验研究。研究结果表明：数字全息的物像关系与传统振幅全息的物像关系是等同的，当用相同波长的准直光记录和再现数字全息图时。可以得到与原物完全相同的再现像，且再现光入射方向的变化仅使再现像位置发生平移。对其大小没有影响。数字全息的横向分辨率与传统成像光学仪器的分辨本领具有相同的物理意义。其大小主要取决于再现像位置处以CCD尺寸为窗口的衍射极限。模拟计算和实验测量的结果是完全吻合的，但在实际物体的记录中。由于噪声、照明光场的不均匀性、物光衍射光场的调制和CCD动态范围的影响，后者的误差比前者大。     

增益光栅在全息激光振荡器中的应用

增益光栅作为一种动态衍射元件,可构成一种环形腔,只需一束光波即可形成光栅并产生位相共轭波,因此该现象被称为自泵位相共轭(SPPC)。SPPC环形谐振腔具有修正位相失真的功能。由于其具有远大于1的反射率,用一个部分反射器取代输入光束,则系统就成为自启动的。在增益介质中写入体积增益光栅可用于高功率激光系统中光束质量的控制。本文综述了增益光栅的瞬态动力学特性和频谱滤波特性以及各种类型光栅在自启动全息激光振荡器中的贡献。     

基于分数泰伯效应的双波长微距分束的研究

微距光谱分束是红外领域小型双波段成像系统的关键技术之一。利用菲涅耳衍射理论和角谱理论,研究了双波长和宽角度入射光场通过阶梯光栅在分数泰伯距离下的衍射特性。建立了基于阶梯光栅的双探测阵列成像模型,数值模拟了入射波长分别为4 m和4.5 m的光束在-30~30入射角度范围的光栅分束结果,获取了探测面上的发光强度、能量和信噪比等参数值。此文的研究成果可为构建微型双波段成像装置及设计精密光谱分束器件提供理论支持。     

增益光栅在全息激光振荡器中的应用

增益光栅作为一种动态衍射元件，可构成一种环形腔，只需一束光波即可形成光栅并产生位相共轭波，因此该现象被称为自泵位相共轭（SPPC），SPPC环形谐振腔具有修正位相失真的功能，由于其具有远大于1的反射率，用一个部分反射器取代输入光束，则系统就成为自启动的。在增益介质中写入体积增益光栅可用于高功率激光系统中光束质量的控制，本文综述了增益光栅的瞬态动力学特性和频谱滤波特性以及各种类型光栅在自启动全息激光振荡器中的贡献。     

基于耦合波理论的体全息光栅衍射效率计算

基于耦合波理论,对反射体全息光栅的衍射效率进行了计算。给出了体全息图的边界条件,同时对基于耦合波理论的体全息光栅衍射效率的计算结果进行了分析。以便能为制作具有高衍射效率,低噪声的全息光栅做好准备。     

非均匀膨胀与收缩下反射体全息光栅衍射特性分析

通过引入膨胀因子随光栅胶层厚度的变化函数来研究在非均匀膨胀和收缩情况下反射体全息光栅的衍射特性。根据Kamiya严格的分层计算方法,借用Lorentz-Lorenz公式,推导出了平均折射率和折射率调制度的解析表达式,据此考察了膨胀因子以定值、线性函数、非线性函数变化时光栅+1级衍射光的衍射特性,分析了平均折射率和折射率调制度在理想情况和衰减分布时对光栅角度和波长选择特性的影响程度。给出了胶层厚度及光栅周期与曝光和未曝光区域膨胀因子的函数关系,讨论了光栅衍射效率对膨胀因子变化的响应程度。结果表明,膨胀因子的非均匀分布令光栅衍射效率曲线出现非对称分布;相比于折射率调制度,光栅布拉格角度对平均折射率变化较为敏感;曝光与未曝光区域膨胀因子会影响衍射效率峰值、光栅角带宽和波带宽。该结论对反射体全息光栅曝光后水浴膨胀与脱水收缩等工艺具有理论指导意义。     

米级光栅全息曝光拼接系统像差分析

全息曝光系统像差对光栅拼接精度及其远场衍射光斑能量分布有直接影响。根据全息曝光拼接方案提出了一种拼接光栅像差分析方法。模拟了全息曝光波面随机初级像差,利用500个曝光波面进行了光栅拼接统计,得到了米量级三拼光栅记录波像差和拼接精度,通过统计分析得到理想拼接情况下拼接引入的像差成份不到整体波面像差的10％。考虑到光栅衍射波像差包括记录像差和光栅基片面形,计算了不同拼接精度情况下一级衍射波面及远场衍射光强分布,对衍射波面PV值、远场光能量比和斯特列而比进行了统计分析,得到了拼接误差与衍射波面及远场光斑之间的关系。在拼缝误差为0．1λ以内时,远场光斑能量集中度和斯特列尔比的变化量可分别控制在5％以内。本文为米量级全息拼接光栅制造提供了理论支撑。     

计算全息光栅的技术研究与设计

论述了计算全息光栅用于光谱仪器分光系统的分光原理和特性,以圆筒型计算全息光栅为例,给出了圆筒型计算全息光栅的位相函数方程、条纹位置方程及参数结构方程式,并且用MATLAB软件将其制作出来,最后对提高光栅分辨率问题进行了分析。     

利用双曝光全息干涉场测物体微小位移

双曝光法是通过两次曝光将标准物光波前和变化后的物光波前,按不同时刻记录在同一张全息图上,形成两个一级干涉场,再现时,两个物光波面形成二级干涉场。通过计算机模拟,并结合实例计算,阐述了二级干涉场与微小位移、光场相位变化及转动角之间的关系。结果表明,用双曝光全息法测刚性漫反射物体时所产生的条纹出现在定域的空间曲线附近,而定域的锐度取决于观测系统的孔径。