DVD光学头中的梯形光栅设计和表面粗糙度分析

为了符合实际加工情形 ,推导了梯形位相光栅衍射效率 ,设计其用作 DVD光学头分光束器件时的各参数 ,并分析推导了表面粗糙度对衍射效率的影响     

透射型光折变体全息光栅对超短脉冲激光光束衍射的特性

在Kogelnik耦合波理论的基础上,考虑光栅记录介质的色散效应的影响,研究了光折变体全息光栅对不同偏振状态的超短脉冲激光光束衍射的性质,讨论了高斯型入射脉冲激光光束的谱宽与光栅的有效衍射谱宽之比不同时,衍射和透射光束的光谱宽度、时间宽度、波形和衍射效率的变化。结果表明,光栅的有效衍射谱宽受光栅参量及入射条件的影响,对衍射性质的影响很大,且在考虑光栅记录介质的色散效应时减小。当入射脉冲的偏振方向垂直于入射面时,光栅的有效衍射谱宽大于偏振方向平行于入射面的情形,衍射效率在入射脉冲宽度较大时小于偏振方向平行于入射面的情形;谱宽比较大时,衍射光束的时间分布曲线产生展宽和变形,且比偏振方向平行于入射面的情形展宽和变形得更加明显。     

磁光Bragg衍射中的相位失配分析

给出了任意倾斜偏置磁场作用下相位失配时微波静磁波与导波光的磁光耦合方程，分析了相位失配对导波光衍射效率及其衍射方向的影响.计算了YIG薄膜波导中静磁反向体波与导波光非共线作用的Bragg衍射效率, 传统磁化时计算结果与实验结果一致.计算表明，与传统磁化情形相比，适当的偏斜磁场可使导波光衍射效率提高6dB以上；当导波光入射角保持不变时，由磁场方向改变引起的相位失配对衍射效率的影响不大.因此，优化偏置磁场方向是改善磁光Bragg器件衍射性能、提高磁光带宽的有效方法. 关键词： 磁光效应 Bragg衍射 静磁波     

高密度光盘存储中的梯形光栅设计和误差分析

为了符合实际加工情形，推导了梯形相位光栅衍射效率，与矩形光栅作了比较，设计其用作高密度光盘存储光学头分光束器件时的各参数，并分析推导了系统和随机加工误差对光栅性能的影响及设计原则。     

离子束蚀刻微透镜中蚀刻深度允许误差的研究

基于衍射光学原理,获得了微透镜的衍射效率与蚀刻深度误差之间的关系式。研究表明,离子束蚀刻中目前采用的时间控制法可满足Ｌ＝１时的微透镜微加工要求,但未能满足Ｌ＞１时的微透镜微加工要求。对Ｌ＞１的情形,需要提高蚀刻深度控制精度以使蚀刻深度的误差小于８７ｎｍ。     

通过雾成像的全息技术的进一步研究

本文对运用通过雾成像的全息技术和光栅干涉技术作了一个简单的综述,旨在提高全息图衍射效率和相应,再现像信噪比的全息-滤波综合技术.讨论了物光波和参考光波都通过雾的情形及反射物体通过雾成像的全息技术,给出了相应的实验结果.     

衍射光栅的第二类角色散及其特性分析

在由矢量衍射理论得到的锥面衍射情形下的广义光栅方程基础上，给出了对应于衍射极角的衍射光栅第一类角色散公式和对应于衍射方位角的衍射光栅第二类角色散公式，并通过理论和数值分析导出了第二类角色散发生突变的条件及相应的数学表达式. 关键词： 衍射光栅 锥面衍射 第一类角色散 第二类角色散     

衍射光学元件衍射效率的测量

根据衍射光学元件衍射效率的测量原理,建立衍射光学元件衍射效率测量的双光路装置,简要介绍了双光路测量的优点。针对衍射光学元件衍射效率的测量装置,讨论了影响衍射效率测量精度的因素,合理地选择测量装置中的针孔光阑,即可以让主衍射级次的光全部通过被探测器接收,又可以滤掉次级衍射光,保证测量结果的准确度。针对所设计研制的一个折衍射混合成像光学系统,测量了可见光波段3个激光波长的衍射效率,并对测量结果进行了模拟和分析。在473～632.8nm波段范围内任意一个波长处,衍射效率的测量结果同理论值的偏差均小于5.0%。实验证明,双光路测量装置可以用于测量衍射光学元件的衍射效率。     

红外双波段双层谐衍射光学系统设计

将谐衍射透镜应用在传统红外单波段佩茨瓦尔(Petzval)物镜上,设计得到工作波段处于3.4~4.2μm和8~11μm的红外双波段单层谐衍射光学系统。但单层谐衍射元件的衍射效率只在设计波长处衍射效率最高,随着波长相对设计中心波长向两侧偏离,主衍射级次的衍射效率逐渐下降。为提高含单层谐衍射元件光学系统的衍射效率,基于双层衍射元件衍射效率表达式研究了双层谐衍射元件的结构优化,给出了优化方法。设计出佩茨瓦尔型红外双波段双层谐衍射光学系统,其在3.4~4.2μm和8~11μm两个工作波段的衍射效率均达到90%以上,相比含有单层谐衍射面的光学系统衍射效率有了很大提升,提高了像面衬比度,完善了系统成像质量。     

折衍射混合复消色差望远物镜中的色球差

一个正透镜、一个负透镜及一个衍射光学元件以不同的组合可以构成两种折衍射混合光学系统.当这两种系统消球差、彗差及复消色差后会产生不同的色球差.通过赛德尔像差理论,分析了这两种结构产生不同色球差的原因.计算表明当衍射光学元件以负透镜的平面为基底时产生的色球差为以正透镜的平面为基底时产生的色球差的7倍.对衍射光学元件以负透镜的平面为基底的情形,提出了减小系统色球差的解决办法,使系统色球差减小到0.307 mm.另外设计了一个传统复消色差光学系统,并和折衍射混合光学系统进行了比较,分析表明,衍射光学元件可代替传统光学系统中的特殊光学材料并使系统达到相同的成像质量.最后讨论了衍射光学元件的衍射效率对系统成像质量的影响.     

光谱仪谱线和谱带弯曲现象的精确表述方式

在矢量衍射理论基础上给出了任意倾斜入射下的光栅方程一般形式以及衍射极角和衍射方位角的完整解析表达式,由此首次导出了平面光栅光谱仪谱线和谱带弯曲量的精确计算公式和对应于衍射极角和衍射方位角的两类角色散公式,比较了谱线弯曲精确公式和近似公式的计算结果,进而指出和弥补了近似公式的不足,并数值考察了入射狭缝高度对光谱仪色散能力的影响程度。由于在以上各式的推导过程中未作任何近似,且涉及到了导致谱线和谱带弯曲的所有可能因素,因而它要比以往所用近似公式更为全面和可靠,可作为实际光谱仪器设计、测试、装调和使用的理论依据。     

线宽误差对菲涅耳透镜衍射效率的影响

基于标量衍射理论,首先得出存在线宽误差情况下4阶菲涅耳透镜衍射效率的解析式;并以 4阶、8阶和16阶菲涅耳透镜为例,进行计算机模拟计算并系统分析线宽误差对菲涅耳透镜衍射效率的影响。通过实验测量16阶菲涅耳透镜的线宽误差,分析其对16阶菲涅耳透镜衍射效率的影响。模拟计算结果对多阶菲涅耳透镜的制作提供重要的理论指导。     

Efficiency limit of spatially quantized Fourier array illuminators

We derive an upper limit for the efficiency of spatially quantized Fourier array illuminators. This complements a previously reported formula for the efficiency limit of diffractive elements constrained only in phase.     

声光效应实验研究

介绍声光效应的最新理论进展。采用光栅假设，对各向同性介质中的声光效应作了简要讨论，导出了第m级衍射光的衍射效率公式。研究和介绍一种新的声光效应实验装置。在实验中，应用线阵CCD光强分布测量仪等，通过改变超声波的频率和功率，分别实现了对激光束方向的控制和强度的调制；定量给出了声光偏转量的关系曲线和声光调制测量的关系曲线。实验表明，在布喇格衍射下，通过固定超声波功率，测量衍射光相对于零级衍射光的相对光强与超声波频率的关系曲线，不仅可以计算声速，还可以确定声光器件的带宽和中心频率。     

反射式全息滤光片的带宽和考虑记录介质吸收后的衍射效率

用重铬酸盐明胶底片可制成反射式全息滤光片,本文导出了这种滤光片的带宽理论公式,在修改的耦合波理论的基础上,导出了与记录全息过程中吸收系数有关的峰值衍射效率公式,由此,提出了对这种滤光片的制造和使用的建议.     

平面波导衍射特性分析

从电磁波的瑞利－索末菲标量衍射积分公式出发，利用罗兰圆结构特殊的光学性能，在平面坐标系中简化标量衍射积分公式，推导出横截面折射率阶跃分布的平面波导端口衍射场分布的计算公式，并导出常用的对称结构介质平面波导和金属平面波导端口衍射场的空间频谱，阐明平面波导端口衍射场就是驻波衍射场的本质。     

利用严格模式理论分析光栅透镜的衍射特性

光栅透镜因其独特的光学性能而具有广泛的应用.根据光栅透镜的线宽和间距微小渐变的特点,建立了光栅透镜的物理模型,并利用严格模式理论对其衍射特性进行分析.该方法物理概念清晰、公式简洁.对光栅透镜实现谐波分离、聚焦功能时的衍射效率与槽深关系的计算结果表明,其计算速度快、数值计算结果准确可靠.并对加工误差的影响进行了模拟计算,说明了在当前的微细加工的工艺水平条件下,能够制作出满足ICF系统要求的光栅透镜.实验上制作了尺寸为100 mm的大面积光栅透镜,其衍射效率的实验测试结果与理论计算结果一致.     

折衍混合单透镜的色球差校正研究

分析研究了小视场折射混合单透镜的设计中，当衍射面同时用于消色差和球差时光焦度分配的最优方案，得到了改进的光焦度分配公式，通过设计实例表明，由该改进公式可得到了较好的初始结构，能够有效地克服了衍射光学透镜校球差时产生的较大的色球差，验证了此改进公式的正确性和有效性，此改进公式对折衍混合系统的设计具有指导意义。     

An improved vector model for analyzing the diffraction field of sub-wavelength diffractive optical elements

An improved vector model to analyze the diffraction field of sub-wavelength diffractive optical elements is proposed. Based on the pioneer model put forward by Prof. M. Mansuripur, the Fresnel formula is further applied in our work to calculate the transmitted light field. A revised model is built, the updated vector diffraction formula is deduced and a computing example is given. Compared with Mansuripur's method, our method leads to results closer to those obtained by finite-difference time domain (FDTD), which is always considered as a more rigorous algorithm. Therefore, this paper provides the practical and fast algorithm for computing the diffraction light field of sub-wavelength diffractive optical elements.     

多层衍射元件的浮雕深度和基底材料的优化分析

在分析单层和多层衍射元件衍射效率的基础上,推导出光学系统中多层衍射元件浮雕深度和基底材料的一般关系式,并对这些变量进行优化,得到阿贝数的值大致在20～80之间,β的合理值在0.25～0.6之间,当2个衍射元件的阿贝数v1＜v2,且差值比较大时,阿贝数小的衍射元件的基底材料选择光学玻璃中的火石玻璃,阿贝数大的衍射元件的基底材料选择光学玻璃中的冕牌玻璃。根据这个方法,设计了3组可实现宽波段高衍射效率的不同材料、不同浮雕深度的组合,使得每组组合中两层衍射元件的衍射效率都在99%以上。