基于多重体全息光栅的光谱器件的研究

提出了一种新型的基于多重体全息存储的光栅光谱仪。在光折变晶体Fe:LiNbO3中的同一位置采用角度与波长混合复用的方法记录多个光栅，它们对相应波长的光具有光谱色散功能；采用布喇格角度与波长补偿的方法，它们还可以通过单一波长的激光器进行记录。给出了该器件的工作原理和参数设计，并在实验上制作了10通道的光谱间隔为10nm的光谱器件，实验结果表明，该光谱器件具有设计灵活、光谱范围宽、光谱分辨率高和衍射效率高等优点。     

Sinc切趾反射体布拉格光栅衍射特性分析

基于sinc切趾反射体布拉格光栅的谱合成技术是获得高功率谱合成输出的有效方法。考虑到入射单色平面波光束的偏振状态,采用传输矩阵法,分析了光栅参数对衍射效率、波长选择性和角度选择性的影响。计算结果表明,入射角度对不同偏振状态入射光束的衍射效率影响较大。sinc切趾反射体布拉格光栅的衍射效率近似由光栅厚度和折射率调制幅值的乘积决定,当折射率调制幅值与光栅厚度的乘积大于1.7028×10-6时,不同偏振态在小角度入射时的衍射效率高于99%。sinc切趾反射体布拉格光栅的波长选择性带宽和角度选择性带宽随折射率调制幅值的增加而增大,随衍射效率的增加而减小。通过优化光栅参数,利用sinc切趾体布拉格光栅可实现光谱间距低于200 pm的多光束谱合成。     

基于中阶梯光栅的光谱定标装置设计方法

针对紫外-可见光波段高光谱成像仪光谱定标装置的设计进行研究,论述了中阶梯光栅的光学原理,根据光谱定标原理,利用中阶梯光栅工作角度大、衍射级次高、光谱分辨率高的优点,建立了基于中阶梯光栅的光谱定标装置,提出了基于中阶梯光栅的光谱成像仪光谱定标装置的设计方法。以大气探测卫星Aura 上所搭载的臭氧观测仪为例论述了光谱定标装置的设计过程,仿真分析了光谱定标装置带宽对光谱定标精度的影响,给出了衍射级次、光谱分辨率、平行光管焦距等光谱定标装置主要性能参数的设计计算方法,为基于中阶梯光栅的光谱成像仪光谱定标装置的设计提供了依据。     

Gaussian切趾体光栅在光谱合成中的应用研究

为了研究切趾技术对体光栅旁瓣的抑制效果及切趾体光栅的光谱合成特性,采用Gaussian切趾技术对体光栅旁瓣进行了抑制,并用传输矩阵法分析了Gaussian切趾体光栅的衍射特性,给出了Gaussian切趾体光栅光谱合成效率公式,分析了切趾光栅对光谱合成效率影响;切趾后体光栅旁瓣对应的前4级峰值衍射效率由73%,47%,31%,22%降低到11%,20%,10%,7%。合成路数和光束光谱宽度一定时,合成效率随衍射损耗的增大而减小。结果表明,Gaussian切趾技术能够有效抑制体光栅旁瓣,进而减小体光栅对相邻合成光束的衍射损耗,增大合成效率。     

一种多孔硅基导模共振滤波器的研究

提出了一种基于多孔硅的光栅导模共振滤波器,采用严格的耦合波理论分析方法,进行数值仿真并分析了多孔硅基导模共振滤波器的反射光谱特性.同时设计了工作在1550nm波长的窄带多孔硅硅基光栅滤波器的结构参数.研究结果表明,此滤波器具有非常高的反射率峰值,和边带抑制较高且带宽较窄的反射谱,是一种性能优异的光通信硅基滤波器件.     

矩形光栅衍射效率的一般表达式及其缺级现象

在标量衍射理论基础上，采用透过率函数的傅里叶级数展开和复振幅的傅里叶变换方法给出了计算斜入射下矩形光栅衍射效率的一般表达式；分析了矩形光栅衍射光谱中出现缺级现象的机理，并归纳出了缺级与占空比的关系式。同时，通过数值算例阐述了VCD、DVD和CD-ROM信号读出头光栅和用于制作光纤光栅的相位掩模板在理论设计与具体应用上的差别。     

高衍射效率的体积相位全息光栅优化设计

本文用严格的光栅理论研究了体积相位全息光栅的相位调制度中各参数的偏差对体积相位全息光栅衍射效率的影响,并依据物理意义提出了体积相位全息光栅的误差模型———GDAUA模型。为此,本文提出了在实验中用优化算法来处理GDAUA模型中的各种偏差对光栅衍射效率的影响,指导制作高衍射效率体积相位全息光栅,从而实现体积相位全息光栅的优化设计。     

基于传输矩阵法的纵向啁啾体光栅衍射特性

为了研究纵向啁啾体光栅的光谱衍射特性,采用传输矩阵方法进行了分析,研究了光栅的厚度、折射率调制系数和啁啾波长范围对纵向啁啾体光栅中心衍射效率的影响。结果表明,随着光栅厚度的增加,中心衍射效率随之增大;随着光栅折射率调制系数的增大,中心衍射效率也随之逐渐增加;而随着啁啾波长范围的增大,纵向啁啾体光栅的中心衍射效率则逐渐减小。此研究结果对大尺寸啁啾体光栅的设计制作有一定的参考价值。     

结构参量对脉冲高斯光束布拉格衍射特性的影响

利用二维耦合波理论,研究了体光栅对时间和空间都为高斯型分布的脉冲激光光束的衍射性质,得到了衍射和透射光振幅的解析表达式.讨论了体光栅的结构参量对衍射光束的空间和频谱强度分布以及衍射效率的影响.结果表明,体光栅的波长选择带宽和衍射光束带宽随着结构参量的增大而增大,衍射效率随着入射脉冲时间宽度的增大而增大,并趋于定值,结构参量值越小,达到饱和的速度越慢,饱和值越大.     

基于动量匹配的声光滤波器设计与性能分析

声光滤波技术作为一种新的分光手段在光谱成像等领域有着广阔的应用前景。高性能声光滤波器的设计与制作是声光滤波技术的核心关键。从声光相互作用的基本理论出发,研究了声光作用过程中动量失配量对声光滤波器衍射效率的影响。并进一步分析了声光滤波器的角孔径以及衍射线宽的变化规律。研究结果表明,声光滤波器的调谐关系随入射光角度的变化而变,在确定入射光角度的情况下,衍射光波长和超声波频率一一对应。另外,随着入射光角度的变化,衍射光的波长发生变化的同时,其线宽以及角孔径发生明显变化,通过调整入射光的角度可以相应改变衍射光的线宽,实现窄带的声光滤波,提高声光滤波器的光谱分辨本领,也可以调整入射光的角度获得较大的角孔径,提高滤波器的集光能力。理论的计算结果与实验结果符合的较好。研究结果对高性能声光滤波器的设计提供有意义的借鉴和参考,并推动声光滤波技术更广泛应用。     

基于透射体布拉格光栅频谱组束的研究

分析了透射体布拉格光栅实现两束不同波长光束频谱组束的条件.基于耦合波理论,推导了透射体布拉格光栅的衍射效率方程,获得了优化的组束设计条件,提出了使用凸透镜控制光束入射角的方法.建立了组束的理论模型,分析了光栅参数对衍射效率的影响.结果表明:最佳组束时,不同的光栅厚度须选择不同的光栅参数;在折射率调制和空间频率不变的情况下,随着光栅厚度的减小,谱选择性逐渐增大;随着光束发散的增大,光栅的衍射效率逐渐减小.     

Optimization design and realization of Gaussian apodized sample gratings for narrowband wavelength selectivity filters

A sample fiber Bragg grating（SFBG） with Gaussian apodization profile is designed and optimized for the narrowband wavelength filter,and the relevant conclusions provide a guide for the further filter fabrication.With the grating length limited,a narrowband（5 GHz） grating filter used in the radio over fiber（ROF） system is fabricated,which has insertion loss of 3.463 dB,sideband suppression of 24.21dB,3 dB bandwidth of 40 pm,and 20 dB bandwidth of 106.3 pm.     

光纤激光频谱组束的仿真研究

基于利用透射体布拉格光栅 准直透镜所设计的非相干组束方案,建立了光纤激光组束的理论模型.依据所建模型,对光栅的组束效果进行了分析.结果表明:最佳组束时,不同的光栅厚度须选择不同的光栅参数;随着光栅厚度的减小,满足最佳组束条件的空间频率和折射率调制将逐渐增大;在折射率调制和空间频率不变的情况下,随着光栅厚度的减小,角或谱的选择性逐渐增大;随着光束发散角和光谱宽度的增大,衍射效率逐渐减小.     

超短光纤光栅刻写及其切趾方法研究

常用的光纤光栅的栅区长度为厘米量级,影响了其在非均匀物理场测量的应用。将光栅的栅区长度压缩到百微米以下,可以解决非均匀场的测量和光谱变形的问题。本文通过设置狭缝光阑以及调节掩模板与光纤之间的距离,实现了光栅有效长度的大幅度缩短,刻写出长度分别为0.1 mm、0.2 mm、0.5 mm,3 dB带宽为7.9 nm、4.2 nm、2.1 nm,反射率为5%、10%、30%的超短光栅,通过调节掩模板与光纤的距离,实现了栅区长度为0.05 mm,3 dB带宽为14 nm的超短光纤光栅的刻写。本实验采用单缝衍射的方法来控制光束强度的分布,从而对光栅进行切趾,此方法可以实现边模抑制比大于30 dB、长度为0.5 mm的光栅刻写。     

基于表面等离子波耦合的流体波导光栅耦合器

提出了一种由金属光栅和流体光波导结构组成的,基于表面等离子波耦合的光栅耦合器。利用光栅的衍射效应,将金属光栅与介质分界面之间产生的表面等离子波耦合到流体光波导中,并且能够沿着流体光波导稳定地向前传播。通过采用基于有限时域差分算法的FDTD Solutions软件对光栅耦合器进行了参数优化及特性分析,通过优化使该结构在650 nm波长下的耦合效率达到56%。此外,由于该结构对TE偏振光和TM偏振光的选择比达到70∶1,因此具有偏振器的功能。同时由于TE偏振光耦合频谱的频带宽度仅为20 nm,该结构还具有窄带滤波的作用。此外,还研究了光栅结构参数、入射角以及流体折射率对耦合频谱的影响。     

海洋成像光谱仪信噪比研究

为实现海洋遥感卫星高光谱分辨率及弱目标的探测需求,需要在窄谱段内、低照度下实现高信噪比.通过对成像光谱仪信噪比的推导,建立了成像光谱仪信噪比的评估模型.利用成像光谱仪的光学透过率、光栅的衍射效率、CCD器件的量子效率、CCD暗电流、读出噪声,以及视频噪声等,对海洋水色谱段、中心波长处、典型辐亮度下、5 nm光谱带宽内的系统信噪比进行仿真分析.最后,对系统信噪比进行了测试.测试结果表明:仿真分析正确,此成像光谱仪信噪比可达到60 dB.     

倾斜长周期光纤光栅薄膜传感器特性研究

为设计高灵敏光纤光栅薄膜传感器,基于耦合模理论研究了表面镀制高折射率敏感薄膜的倾斜长周期光纤光栅（TLPFG）耦合特性和薄膜折射率传感特性。TLPFG能激发高阶（角向序数l1）包层模耦合,高阶包层模耦合系数随倾角增大而增大,80时,高阶包层模耦合系数远小于1阶包层模耦合系数。研究表明,光栅倾角变化不影响包层模耦合谐振波长,但影响光谱透过率。进一步研究了TLPFG在80时1阶5次包层模耦合的光谱透过率对薄膜折射率变化的响应,分析了光栅结构参数（L、、）和薄膜参数（h3,n3）对薄膜折射率响应灵敏度的影响,结果表明,响应灵敏度相比于非倾斜LPFG可提高一个数量级,对薄膜折射率的分辨率可达10-9。     

Spectral filtering of gain gratings and spectral evolution ofholographic laser oscillators

We present results of the spectral filtering properties of volume gain gratings and their role as diffractive optical elements in the spectral evolution of holographic laser oscillators. We show that the gain grating acts as a spectral filter with a filter bandwidth that is approximately inversely proportional to the medium length. We investigate holographic laser oscillators and find that, when either the gain grating is written by monochromatic radiation or when it is initiated from broad-band radiation, the output of such oscillators can evolve to single longitudinal mode in correspondence to experimental observations