基于多路复用体全息光栅的角度放大器设计

为设计基于多路复用体全息光栅的角度放大器, 建立了多路复用角度放大器(MAM)模型, 从效率均衡性和角度分布均匀性两个方面归纳了其设计规则; 研究了光刻过程中的误差对MAM性能的影响; 分析了实际发散光束对MAM性能的影响. 研究表明:控制光栅空间频率和光栅倾斜角可以实现需要的MAM角度分布, 控制光栅厚度和折射率调制深度可以实现MAM最佳衍射效率; MAM最大复用路数不超过10路; 增大光栅倾角或者记录光与工作光波长之比有利于抑制参考光角度误差带来的MAM出射角分布误差, 减小光栅厚度有利于抑制厚度误差与折射率调制深度误差对衍射效率的影响; 当远场发散角大于光栅角半宽时, 最佳衍射效率下降到50%以下且角度选择曲线失去局部最小值; 增大空间频率或者光栅厚度可以减小所需的折射率调制深度, 增多MAM可复用路数, 但是不利于效率均衡性设计和抑制发散光束的影响.     

基于体全息光栅的光学相控阵放大级设计

为了扩展光学相控阵的角度扫描范围,设计了基于体全息光栅的放大级,研究了光栅结构参数及其制作误差对性能的影响规律,提出了容差优化方法。研究结果表明:光栅厚度和折射率调制度是影响衍射效率的主要参数,光栅周期和光栅厚度是影响角度选择性的主要参数。光栅出入射角由光栅周期和光栅矢量倾斜角决定,在保持角放大率不变时,可以通过在出入射面内旋转介质调节这两个参数。实际制作中,光栅周期误差和光栅矢量倾斜角误差会导致衍射角偏离设计值,读出光波长越长,光栅周期误差的影响越小;光栅后面介质折射率越高,光栅矢量倾斜角误差影响越小。增加光栅厚度设计值可以减小光栅厚度误差对衍射效率的影响,而减小光栅厚度设计值可以减小折射率调制度误差对衍射效率的影响,实际制备时,需结合系统需求进行综合设计。     

基于复用体全息光栅的光学相控阵放大级串扰优化

提高各通道输出光信噪比,进行了复用体全息光栅的优化设计研究。推导了适用于角度放大器的多路复用体光栅耦合波理论,并与单路耦合波理论进行了比较。针对复用体光栅中的串扰问题,研究了调整光栅结构参数优化串扰的规律,并进行了实验验证。研究结果表明:当相邻两路体光栅的布拉格角间隔小于二者角度选择半宽之和时,相互间串扰较强,必须使用多路耦合波理论描述复用体光栅中波的衍射行为。调整相邻路体光栅的矢量倾斜角间隔、减小光栅周期和增加光栅厚度都可以降低串扰,其中调整矢量倾斜角和光栅周期优化效果明显但会降低角放大率,增加介质厚度不影响角放大率但需要厚度增加数倍才有效。     

基于液晶相控阵和体全息光栅的激光多目标指示技术

为解决现今激光制导武器指示器指示效率低下、单次指示集群目标能力差等问题,从光束偏转控制和光束角度放大技术的原理出发,以液晶相控阵和多路复用体全息光栅为控件,设计了可用于多目标指示的大角度激光光束偏转控制系统;分析了影响液晶相控阵光束偏转特性的参数的选取规则,确定了大角度光束偏转系统的设计方法,模拟了激光多目标指示系统的指示过程,并对系统误差来源和误差修正方法进行了理论分析和仿真。结果表明:该系统可以快速地对光束实现最大偏转角度为15.63°的二维准连续、可编程控制的偏转;误差修正方法可有效提高激光光束的指示精度,使误差角度下降50%左右。所提出的激光多目标指示系统的设想,可实现对二维平面内多目标的准连续、准同时的精确指示,可为激光多目标指示器的设计提供参考。     

光折变光栅在超短脉冲光照射下衍射的研究

利用Kogelnik单色光在体光栅中衍射效率公式推导出超短脉冲光读出稳态光折变体光栅时的衍射光频谱表达式,并在此基础上导出了脉冲光读出时的总衍射光强及总光强衍射效率.研究发现衍射光的频谱分布、总光强及衍射效率与光栅周期Λ、光栅厚度d和读出光脉冲宽度Δτ有密切的关系.通过调整这些参量,光折变光栅可以对入射的超短脉冲光实现不同程度的滤波作用.该结论可用于超短脉冲的整形研究.     

在线诊断光谱仪用光栅制作误差对光谱成像的影响及补偿

为制作应用于在线诊断光谱仪的高分辨率光栅,通过分析记录参数误差对光栅刻线密度、聚焦曲线、谱像宽度等的影响及规律,提出相应的补偿方法是必要前提。基于费马原理、光程差理论及像差理论,分析了光栅光谱性能对记录参数误差的影响及其敏感性。在光栅使用参数固定的情况下,记录角度误差对光谱性能影响较大,在光栅设计时可通过对记录角度加权的方法来提高记录角度的取值的精确度;记录臂长误差对光谱性能影响较小;记录臂长和记录角度的相对误差决定了其对光栅光谱性能影响程度。结果表明,单侧记录臂长和角度误差对光谱性能的影响,可分别通过调节两臂臂长及角度的相对误差进行补偿。由此可以确定对应用于在线监测光谱仪光栅成像质量影响较大的误差因素,并给出制作误差的相应补偿方法,降低曝光系统的调试难度,为制作在线诊断光谱仪用高分辨率光栅提供理论指导。     

一种提高OLED基底出光效率的亚波长光栅设计

为了提高OLED出光效率,在OLED基底表面设计了二维连续表面亚波长光栅。利用等高台阶逼近的方法近似连续表面光栅结构,并结合等效介质理论和薄膜光学原理,设计光栅参数:刻蚀深度0.29 μm,周期大小0.165 μm,底边直径与周期的比值等于1,可以实现宽光谱、广角度的高透射率。利用时域有限差分方法仿真计算了该光栅对OLED基底出光效率的影响,结果表明,出光效率最高可提高30%。     

二元光学液晶闪耀光栅的特性分析

在二元光学理论的基础上,结合波动光学理论和液晶指向矢的计算提出一种新的二元光学液晶闪耀光栅设计.对液晶光栅电极施加阶梯分布的电压使之形成相位阶梯形分布,推导出液晶闪耀光栅的衍射效率.结果表明,通过改变周期单元光栅电极数日而改变光栅常数,可以改变光衍射角度,一级衍射角度调节范围0°～10°;调节电极电压可以使特定级次衍射光效率达到90%以上,使该级次得到闪耀.     

分频光栅的衍射特性及误差分析

 基于标量衍射理论推导出了分频光栅的各级衍射效率公式，分析了分频光栅的衍射特性，发现入射光波在满足相应的相位延迟条件时，能被分频光栅以最大效率衍射进３个中央级次中的某一级。分析和比较了两种制作工艺中的刻蚀深度误差、占空比误差对衍射效率的影响。在惯性约束聚变（ICF）应用中，对于同一要求的３倍频光的衍射效率范围，两种工艺的刻蚀误差容限是相同的，但是两种工艺的相同刻蚀误差却带来不同的衍射效率。在不计其它误差时，占空比误差不会对３倍频光的衍射效率产生影响，但可以对基频光和2倍频光产生相反的影响，占空比误差还可以使基频光和2倍频光的主要衍射级次的效率都降低，同时增大它们的0级衍射效率。     

棱镜-光栅-棱镜分光模块整体化设计及衍射特性分析

PGP模块是超光谱成像仪中重要分光器件。为了能够在制作前有效预测PGP整个系统的衍射效率分布及其衍射特性,提出了PGP整体化设计方法。从体位相全息光栅设计角度出发,结合棱镜与光栅各项参数的制约关系,编制了计算PGP整体衍射效率的分析软件,综合考察了棱镜与光栅各项参数对PGP模块衍射特性的影响,讨论了光栅布拉格波长的漂移特性,据此设计了一种用于成像光谱仪的宽波段高衍射效率PGP分光模块。模拟结果表明：棱镜1材料的色散系数越小,PGP的光谱带宽越窄;光栅布拉格波长的漂移增大了PGP模块和光栅的光谱带宽,带宽增大使光栅的角度选择性随之增大,拓宽了棱镜1材料的选择要求;棱镜1顶角、光栅的胶层厚度和相对介电常数调制度等参数是影响PGP衍射效率分布的重要因素,制作时需要精确控制。利用此方法设计的PGP分光模块在400～1 000 nm波段范围内衍射效率不低于50%,并给出具体设计参数,这对PGP制作具有一定的参考价值。     

Study on measuring refractive index modulation of volume phase holographic gratings

In this paper, we present an approach to measure the refractive index modulation of volume phase holographic gratings (VPHG) by use of its angular selectivity, with the advantage of avoiding the diffraction efficiency errors induced by noise. Based on Kogelnik's coupled wave theory for volume holographic gratings, the wave vectors matching relationship for reflective VPHG at different readout wavelengths is deduced and the diffraction efficiency as a function of readout angle is also obtained. Then an all-fiber experimental system is designed to measure corresponding diffraction efficiency with different readout angles for VPHG recorded in dichromate gelatin. By seeking the Bragg angle where diffraction efficiency is maximum and the blank angle where diffraction efficiency drops to the minimum value, the refractive index modulation can be calculated. The experiment results proves the feasibility of the method.     

金纳米颗粒掺杂光致聚合物的体全息混合光栅模型

金纳米颗粒掺杂光致聚合物在全息曝光过程中,光产物周期分布会形成折射率调制相位型主光栅,同时金纳米颗粒周期分布形成由局域表面等离子体共振引起强吸收的振幅型辅助光栅。研究基于耦合波理论的一种混合光栅模型,分析了光栅的体全息光学特性。结果表明,混合光栅中的折射率光栅和吸收光栅都能够提升体光栅的衍射效率; 体光栅的角度选择性也可以得到明显的改善。     

Experimental detection of the optical Pendellösung effect

We report observations of periodic oscillatory behavior of the angular selectivity, near the Bragg angle, in volume holographic gratings recorded in a new photopolymerizable glass with high refractive index modulation. We have detected the presence of overmodulation in the intensity distribution of the first diffraction order. The results reported here were achieved by incorporating in the photopolymerizable sol-gel glass zirconium-based high refractive index species at the molecular level. This is the first time that this effect is observed for light diffraction in an amorphous material.     

Neutron diffraction by laser-generated volume phase gratings

Cold neutrons are diffracted by thick phase gratings which have been produced by light-optical holography in poly-(methyl methacrylate) (PMMA). The neutron diffraction efficiency is investigated in the Laue case as a function of the angle of incidence by rocking the sample. The dynamical theory of neutron diffraction allows to relate the measured diffraction efficiency to the modulation amplitude of the neutron-optical refractive index. The absence of higher order diffraction peaks proves that this modulation is sinusoidal. Further experimental parameters are shown to influence the diffraction in accordance with the dynamical theory: the wavelength of neutrons, the sample thickness, and the grating period. Laser diffraction experiments allow us to give upper limits for the uniformity of the grating constant throughout the sample volume. The gratings show properties which are promising for the fabrication of high-precision control samples for cold and very cold neutron spectrometers, for the construction of neutron-optical instruments, and the possibility to measure photoinduced changes of neutron-optical potentials.     

Quasi-Fourier transform hologram format for data storage

For a recording medium such as dichromated gelatin, a quasi-Fourier transform holographic memory is preferred over the exact Fourier transform. We proceed here with angular multiplexing and consider undesired reconstructed waves such as cross-talk noise, and show that the signal-to-noise ratio is 33 dB for 20 angular multiplexed elements in 25 μm thickness of the recording medium. We also study the energy coupling between gratings to standardize the diffraction efficiency of each multiplexed grating.     

线偏振高斯光束通过复合型衍射光栅的传输特性

提出一种集合浮雕和折射率周期分布调制的复合型衍射光栅,并利用角谱表示和严格的模式理论研究了线偏振高斯光束通过这种复合型衍射光栅的传输特性.数值计算结果表明,在光栅的同一透射深度处复合型衍射光栅光强的起伏频率要比浮雕型光栅光强的起伏频率小.最后使用复合型衍射光栅模型,研究了亚波长体积相位全息光栅的表面起伏和入射光束的束腰宽度对衍射效率的影响. 关键词： 复合型衍射光栅 亚波长体积相位全息光栅 高斯光束 严格模式理论     

90°全息记录衍射效率分析与提高

对光折变全息记录特别是双中心全息记录中90°记录结构下较低的衍射效率进行了研究,采用局域衍射理论对90°记录结构的衍射进行了分析,表明在同样的折射率变化和2 mm的光束宽度的情况下,只有当折射率光栅振幅大于10^-4时,90°记录结构衍射效率才能够与小角度透射记录结构的衍射效率大致相当。针对环境干扰导致的干涉条纹振动影响光栅记录,提出了有效调制度概念,根据分析90°记录结构的干涉条纹间距很小,容易受外界环境干扰而导致低的折射率变化率,因此应采用主动条纹锁定系统。此外在双中心全息记录中,微观光学参量的优化对衍射效率影响也很重要。     

Dark diffusional enhancement of holographic multiplexed gratings in phenanthrenequinone doped poly（methyl methacrylate） photopolymer

In this paper, we experimentally investigate the dark diffusional enhancement of the optimized multiplexed grating in the phenanthrenequinone doped poly (methyl methacrylate) (PQ-PMMA) photopolymer. The possibility of improving the holographic characteristics of the material through the dark enhancement is demonstrated. The optimal preillumination exposure and the optimal time interval between exposures are extracted to obtain the optimized diffraction efficiency, and their values are 3.4×10³ mJ/cm² and 2 min, respectively. The dark enhancement of the multiplexed grating is presented as an effective method to improve the response region and the dynamic range and to prevent saturation of the material. The dependence of the phenanthrenequinone concentration on the increment of the refractive index modulation is quantitatively studied, which provides a significant basis for improving the homogeneity in the multiplexed gratings using a quantitative strategy. Finally, a simple experimental procedure using the dark enhancement is introduced to improve the homogeneity of the diffraction efficiency and to avoid the complex schedule exposure.