消偏振二维二元闪耀光栅设计

为减小成像光谱仪的偏振敏感度并提高其定量化探测精度,提出一种透射式消偏振二维二元闪耀光栅。它在两个正交方向上都具有周期性槽形单元,每个槽形单元包含7个子周期。每个子周期的介质占空比在两个方向上是独立的,可同时调制TE和TM偏振态的等效折射率,以此优化光栅偏振特性。本文将等效介质理论拓展到二维情况,设计了以熔石英为基底,工作波段为0.6~0.8μm的高衍射效率消偏振二维二元闪耀光栅。光栅两正交方向周期分别为3.31μm和0.473μm。仿真结果表明,在参考波长0.7μm处TE和TM偏振态衍射效率分别为79.5%和79.6%,0.6~0.8μm波段范围内TE和TM偏振态衍射效率均高于70%,偏振敏感度低于2.6%。与一维二元闪耀光栅相比,二维二元闪耀光栅具有高衍射效率、低偏振敏感度和易制作的优势。所得结论可用于指导实际应用中透射式二元闪耀光栅的设计,可望在光栅型高光谱成像仪中得到应用。     

非对称全息方法制作闪耀光栅的模拟与分析

为了实现全息方法制作闪耀光栅,在对称全息光栅制作方法的墓础上,设计了一种非对称光路进行曝光。模拟了特定显影条件下光栅槽形及其衍射效率光谱。并与理想三角形闪耀光栅比较。结果表明：模拟槽形具备闪耀光栅槽形特征,其正一级衍射效率谱线与相应闪耀光栅非常接近。     

消偏振二维二元闪耀光栅设计（英文）

为减小成像光谱仪的偏振敏感度并提高其定量化探测精度,提出一种透射式消偏振二维二元闪耀光栅。它在两个正交方向上都具有周期性槽形单元,每个槽形单元包含7个子周期。每个子周期的介质占空比在两个方向上是独立的,可同时调制TE和TM偏振态的等效折射率,以此优化光栅偏振特性。本文将等效介质理论拓展到二维情况,设计了以熔石英为基底,工作波段为0.6～0.8μm的高衍射效率消偏振二维二元闪耀光栅。光栅两正交方向周期分别为3.31μm和0.473μm。仿真结果表明,在参考波长0.7μm处TE和TM偏振态衍射效率分别为79.5%和79.6%,0.6～0.8μm波段范围内TE和TM偏振态衍射效率均高于70%,偏振敏感度低于2.6%。与一维二元闪耀光栅相比,二维二元闪耀光栅具有高衍射效率、低偏振敏感度和易制作的优势。所得结论可用于指导实际应用中透射式二元闪耀光栅的设计,可望在光栅型高光谱成像仪中得到应用。     

编码孔径光谱成像仪中凸面闪耀光栅的研制

针对一款基于DMD的光谱维编码Offner光谱成像仪对凸面闪耀光栅的性能要求,提出了一种凸面闪耀光栅的宏观-微观一体化优化设计方法,利用三维偏振光追迹算法有机融合了宏观层面的Offner光学系统设计与微观层面的凸面闪耀光栅槽型设计。介绍了编码孔径Offner光谱成像系统的组成和工作原理,并结合系统的使用要求设计了一款平均衍射效率为85.47%的中波红外凸面闪耀光栅。在此基础上,采用超精密单点金刚石车床成功制备了曲率半径为120 mm、周期为99.945 μm、闪耀角为1.1783°、槽深为1.834 μm的凸面闪耀光栅。测试结果表明,在3~5 μm光谱范围内,最大衍射效率为93.46%,平均衍射效率为84.29%,与理论设计值较为吻合,验证了凸面闪耀光栅设计方法的有效性。     

二元光学元件制作误差的振幅矢量分析法

本文用振幅矢量法分析二元光学元件的制作误差对衍射效率的影响,以四位相台阶光栅为例导出了衍射效率与对位误差、刻蚀深度误差的解析式并进行了讨论。整个处理方法对2n位相台阶的二元光学元件具有普遍意义。     

基于二维激光告警的闪耀光栅设计

现有光栅衍射型激光告警中,正弦光栅存在1级衍射效率较低,闪耀光栅在闪耀波长附近0级和-1级衍射效率很低,这两种光栅的缺点都降低了激光告警的可靠性。为此文中提出了一种改进型闪耀光栅。将两闪耀光栅反相对接,并且中间留一定无光栅空间,此改进可提高波长在闪耀波长附近0级和-1级的衍射效率,将有效克服传统闪耀光栅的漏报警现象。设计加工了闪耀波长为800 nm的改进型闪耀光栅,理论分析了0级和1级衍射效率;采用波长为808 nm和850 nm的光,对改进型闪耀光栅进行二维激光告警实验测试,实验结果表明,在波长为闪耀波长附近光入射时,改进型较普通闪耀光栅的0级和-1级衍射强度有很大提高,能够被CCD有效探测。该改进型闪耀光栅可有效提高二维激光告警系统的可靠性。     

10.6μm激光器一级输出高衍射效率闪耀光栅的研制

建立了实际刻划光栅的物理模型,给出了相应的衍射效率表达式,并研制出了在Littrow安装下一级衍射效率达到97．2％的大功率10．6μm红外激光器用反射式闪耀光栅。实际刻划光栅通常都存在零级面,采用傅里叶分析方法可以推导出计算带有零级面的闪耀光栅衍射效率的一般表达式,由理论分析可知,零级面是造成闪耀光栅衍射效率下降的原因之一。在工艺过程中．通过加大刻划负载使零级面减小,加大侧向压力强化对闪耀面的抛光等,是提高光栅刻槽质量和衍射效率的有效途径。     

宽波段凸面闪耀光栅优化设计

凸面闪耀光栅是研制高光谱分辨率成像光谱仪的关键元件之一,一般凸面闪耀光栅的有效波段范围较窄,较难满足宽波段成像光谱仪对光栅衍射效率的需求。为拓宽仪器观测波段,对其中凸面闪耀光栅进行了优化设计。以0.4~2.5 m波段Offner型成像光谱仪为例,研究了凸面光栅单衍射级和双衍射级共路两种色散结构,采用分区闪耀光栅和双角闪耀光栅来提高宽波段范围内的衍射效率。优化设计了两种双闪耀光栅在不同色散结构下的槽形,用标量理论和有限元分析等方法对光栅衍射效率进行了计算。结合仪器信噪比,给出了满足成像光谱仪不同需求时所适用的光栅。     

文摘

Sondia National Laboraries(SNL)的一项新技术采用电子束光刻术和反应离子刻蚀的方法将亚波长级二元透射式光栅直接制作在半导体材料GaAS的表面上.与采用多台阶近似闪耀光栅和菲涅耳衍射透镜的常规方法不同,新技术用单步刻蚀生成微沟槽,沟槽具有横向折射率梯度分布.SNL已制作和测试了的原型光器件,工作在975mm波长,有85%的衍射效率(单步刻蚀的常规衍射光学元件的衍射效率理论最大值仅40%).目前正在进一步研究将该技术用于制作一般的高衍射效率混合折/衍镜头和一些可直接集成于半导体光器件中的光学元件.     

低密度台阶形闪耀光栅的制作

介绍了制作低密度闪耀光栅的过程,在制作时,对传统的制作过程进行了改进,有效提高了制作质量。以40μm闪耀光栅为例介绍了制作的过程,得到了良好的光栅表面形貌,并且闪耀级次的衍射效率达到了70%以上。相比传统的制作方法,效率提高了5%～10%。对比了理论上的衍射效率,分析了实验误差,发现把存在对准误差的光栅进行处理将会有效地提高其衍射效率,为进一步提高闪耀光栅的衍射效率提供了依据。     

用闪耀光栅获得并聚焦偏振光

构造了用闪耀光栅分离并聚焦偏振光的模型，用傅里叶光学的方法详细推导出了衍射场强分布公式，分析计算了闪耀光栅对偏振光分离并聚焦的特性。优化设计了两个闪耀光栅。计算结果表明，选用不同的光栅参数，可以实现将o光和e光分离任意角度并聚焦。本文的方法扩展了闪耀光栅的应用范围，对实际制作偏振光分束器有一定的指导意义。     

闪耀光栅的衍射特性研究

为了系统研究闪耀光栅的衍射特性,分析光栅结构参量对其衍射效率的影响,采用严格的耦合波分析方法,得到了闪耀光栅的槽顶角、闪耀角等结构参量以及波长与衍射效率的关系。结果表明,随着槽顶角的增大,闪耀角向减少的方向移动,衍射效率则向降低的方向移动;槽顶角一定时,随着光波长的增大,衍射效率降低,同时闪耀角向增大的方向移动;同时分析了闪耀光栅的偏振现象。分析结果可为闪耀光栅的设计提供参考依据。     

用二元位相光栅进行激光束叠加的研究

基于标量衍射理论,系统探讨了二元位相光栅实现激光束叠加的理论和位相光栅设计方法,利用新型遗传模拟退火混合算法得到优化的光栅参数,给出其用于分束和耦合时的模拟结果,并讨论实际误差对位相光栅耦合效率的影响.二元位相光栅用于激光束叠加有结构简单,调节灵活的优点,可以有效地提高激光束的功率密度和系统的整体性能.     

9.77 μm激光器零级耦合输出选频振荡光栅的设计和研制

建立了实际刻划光栅的物理模型，给出了相应的衍射效率表达式，进而阐述了红外激光器零级耦合输出选频振荡闪耀光栅的设计原理。根据理论分析结果，采用调整刻划负载控制三角槽形闪耀光栅零级面。双向逐步逼近1级和零级衍射效率设计值的方法和工艺，研制了在利特罗(Littrow)安装下1级衍射效率为86．5％，零级衍射效率为10．3％的9．77μm红外激光器零级耦合输出选频振荡镀金闪耀光栅。检验结果表明，由加工误差引入的1级和零级衍射效率与设计中心值的偏离量分别仅为0．6％和3％。     

实现宽光谱斜入射光束高效耦合的谐闪耀光栅研究

提出了谐闪耀光栅结构,可实现多波长或宽光谱斜入射光束的高效耦合。理论分析表明,谐闪耀光栅谐振波长数目随谐波数增加而增加,因此可用于多波长斜光束的高效耦合;当谐波数达到一定数值后,可实现宽光谱斜光束的高效耦合。针对可见光波段设计谐衍射光栅对大间隔离散三波长和宽光谱连续波长(500～600nm)斜入射光束分别实现了100%和大于80%的高效率耦合功能。