全息光栅综合设计实验-全息光栅的几何效应及衍射效应

在大学物理实验教学中，借助于基本实验仪器，不断更新教学内容，采取多种形式的教学方法，开拓知识面，重视对学生实际能力的培养，是十分重要的。为此，我们为部分学生开设了全息光栅综合设计实验，收到较好的教学效果。     

全息衍射光栅

§1.引言美国天文学家Rittenhouse约于1786年在费城第一次做了光栅实验。他用金属丝平行地排列在精密丝杠上,观(?)了光的衍射效应。第一块刻划的光学光栅是由Fraunhofer[1821/22]制造的,他也发现了衍射光栅的基本特性。Kayser[1900],STROKE[1963、1967]和Harrison[1973]曾对光栅的历史、理论和制造作了综合性评论。由于刻划光栅存在辣手的机械问题,     

全息光栅

衍射光栅是由一组平行线槽所组成,利用多缝衍射原理,使多种波长的光束,分成了单色光束。     

全息光栅的制作

本文介绍了全息光栅的制作原理和方法,并对光源、光刻胶、匹配、定向槽形的研究等做了讨论.     

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1 200 1/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6～14 min,制作了线密度为1 200 1/mm,闪耀角为～8.6°,顶角平台横向尺寸为0～211 nm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.     

谈谈全息光栅

光栅是一种很重要的光学元件,它在光谱仪器、分析仪器、测量仪器中使用相当广泛。装有光栅的仪器和测量装置已成为科学研究和工业生产各部门(如钢铁冶金,石油化工、机械等)中不可缺少的重要设备之一。随着科学技术水平的不断发展和工业生产各部门的迫切需要,光栅生产的任务越来越重,而且对生产的光栅性能和质量提出了新的要求。     

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。     

基于解析分区法设计闪耀全息凹面光栅

研究了制备闪耀凹面光栅的离子束刻蚀工艺,提出了用“解析分区法”设计闪耀凹面光栅的衍射效率.该方法能通过确定离子束入射角,在实验前定量给出平行离子束刻蚀后光栅衍射效率的设计结果.经过理论设计计算出所需波长衍射效率较高的凹面闪耀光栅中心闪耀角,利用刻蚀模拟软件BLAZING计算出离子束刻蚀参数及光刻胶掩模参数;以计算结果为依据,利用全息-离子束刻蚀工艺制作出尺寸为45 mm×40 mm2,曲率半径为224 mm的凹面闪耀光栅,其中心闪耀角约为9.21°,峰值衍射效率为54.8％@300 nm,250 nm处衍射效率为50％,与“解析分区法”计算结果符合较好.实验结果表明,利用“解析分区法”进行凹面闪耀光栅衍射效率设计的方法简单易行,能够有效指导平行离子束刻蚀闪耀凹面光栅工艺,完成高衍射效率凹面闪耀光栅的制作.     

全息凹面光栅和Ⅳ型环面全息光栅设计

本文根据Namioka全息凹面光栅设计的几何理论,叙述了Seya—型单色器全息凹面光栅设计以及Ⅳ型消象差环面全息光栅设计,并建立了设计程序。经光线追迹计算表明,所得到的全息光栅单色器设计,确实提供了较为理想的象质。     

近红外全息凹面光栅衍射效率的实验测定

本文介绍了一种测量近红外全息凹面光栅衍射效率的简单装置与方法,提出了实验中的几点考虑,给出了相应的实验结果,并观测至λ_R/λ_(max)≈0.9处,近红外全息凹面光栅强烈的效率反常现象。     

全息光栅衍射效率与空间频率的定性研究

对用天津Ⅰ型全息干板制作的全息光栅,定性研究了衍射效率与空间频率的关系,给出了实验结果。     

全息凹面光栅的点列图

为了评价全息凹面光栅的成象质量,我们同时采用了两种方法:一是通过光线追迹,求出它的点列图,在理论上进行分析和评价;二是采用拍照该光栅的谱线,在实际上进行核对和最后评价.在设计全息凹面光栅时,得出不同的仪器结构参数(r_A、r_B、ρ、α、β)和记录参数(r_O、r_D、γ、δ),我们根据它们的点列图,在制造之前,就能判断出那些结果使用效果最佳,还能利用它修正记录参数,选定最佳值.然后在制造时实测谱线,并改正各种参数,使它达到优良的谱线质量.本文参照文献着重讨论点列图.     

全息凹面光栅光谱仪信号复原技术研究

全息凹面光栅光谱仪的成像系统存在较大慧差,传统光谱信号复原技术中被经常用来近似冲击响应的高斯型点扩散函数不再适用。提出了一种改进的点扩散函数模型可以有效的近似全息凹面光栅光谱仪的冲击响应,利用低压汞灯作为输入光源,测量全息凹面光栅光谱仪的点扩散函数,拟合出冲击响应的近似解,通过基于泊松随机场的反卷积算法对光谱信号复原。实验结果表明了改进模型相对于高斯模型的优越性。     

消象差超环面全息光栅的设计和制作

利用我们的计算方法确定记录参数,制作了消象差超环面全息光栅,并给出了实验结果。     

高对比度低压驱动全息聚合物分散液晶光栅

为了降低全息聚合物分散液晶光栅的驱动电压并提高其对比度,基于偏振原理设计了一种新型电调谐光栅。对传统的全息聚合物分散液晶(HPDLC)光栅进行了基板表面取向处理,加强液晶的均一排列程度,消除了液晶区域内的散射;然后,在光栅前面放置扭曲向列(TN)偏振调谐器,通过调节入射光的偏振方向,实现光栅内液晶折射率的变化,进而改变与聚合物折射率的差别,实现衍射强度的调谐。实验结果表明:光栅的阈值电压降低到了0.75～0.8V,对比度提高到了245:1,是传统HPDLC光栅的6～7倍,同时也大幅降低了散射损失且稳定性良好,可满足高端光学设备及显示产品方面的需求。     

用简单光学系统制造闪耀全息光栅

1.前言全息光栅通常是用双光束干涉系统制造在光敏的位相型材料上。干涉条纹是正弦强度公布的,但是槽形不一定是正弦形的,因为存在曝光和显影条件的变化。Sheridon指出,当干涉场的波节面与光敏层倾斜时,显影后获得锯齿轮廓的槽形。这样的平面全息光栅具有和刻划光栅那样好的闪耀效率。从原理上来讲,全息光栅是没有任何周期误差,并且制造时间比刻划光栅短得     

采用全息光栅作分束器的斜入射干涉仪

本文探讨了一种用全息透射式衍射光栅作分束器的斜入射干涉方法和装置,该装置主要用于检测非光学表面。实验检测了毛玻璃表面、照相乳剂面和金属钢、铜、铝板表面。通过选择不同衍射效率的光栅或选择光栅不同衍射级次的衍射光进行干涉可改善干涉图的条纹对比度。该装置简单易调,且调好后具有很好的稳定性。     

交叉效应对光栅光调制器阵列的影响

为了讨论交叉效应对无源矩阵驱动的光栅光调制器的影响,建立了无源矩阵驱动光栅光调制器的电学模型.介绍了光栅光调制器的工作原理和驱动电压.利用基尔霍夫的电流定理和电压定理,对该无源矩阵驱动阵列的电学模型进行化简分析,得到了交叉效应中半选点像素、非选点像素与全选点像素之间的电压关系.实验测得器件的驱动电压,并对加工的阵列器件进行交叉效应验证,得到这3种像素的±1级衍射光强与全选点像素驱动电压的关系.最后,提出两种抑制交叉效应的方法.实验结果显示:光栅光调制器的工作电压为8 V,吸合电压约8.5 V时;对于加工的16×16阵列,半选点像素电压约为全选点像素电压的1/2,且远大于非选点像素电压,结论与交叉效应理论分析一致.结果表明:交叉效应会降低阵列的光学对比度和光利用率,而器件较低的驱动电压有利于与有源矩阵电路实现单片集成,消除器件的交叉效应.     

Ⅳ型消象差全息凹面光栅的设计与实验

本文根据Namioka 全息凹面光栅的象差理论,叙述了装架于Seya-Namioka 成象系统的Ⅳ型消象差全息凹面光栅的设计,求得了这种光栅的装架参数和拍摄它的记录参数,并给出了实验结果。     

基于非对称全息干涉的倾斜光纤光栅研究

为了突破现存的倾斜布拉格光纤光栅制作方法的局限,提出了采用非对称光路制作倾斜条纹反射式光纤光栅的方法.该方法是通过在全息光路中加入柱面镜,将圆形光斑聚焦成线状激光,线状激光以平行于材料层的方式写入,从而获得不同倾斜角度,条纹间距任意的倾斜光纤光栅.通过写入条件的控制,达到精确控制光栅的反射率和带宽的目的.模拟仿真和分析...