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大角带宽高衍射效率体全息光栅的设计和制备

光学学报 2021年第2期41卷 21-27页

作者：鲁婷婷冯奇斌王梓吕国强合肥工业大学电子科学与应用物理学院安徽合肥230009 合肥工业大学特种显示技术国家工程实验室现代显示技术省部共建国家重点实验室光电技术研究院安徽合肥230009 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院安徽合肥230009

高性能体全息光栅是全息波导的重要耦合元件,角带宽小、平均衍射效率不高是制约体全息光栅性能的重要因素。以不对称倾斜记录为出发点,设计并制备了大角带宽高衍射效率的体全息光栅。首先讨论在横电模式光和横磁模式光下体全息光栅的记... 详细信息

高性能体全息光栅是全息波导的重要耦合元件,角带宽小、平均衍射效率不高是制约体全息光栅性能的重要因素。以不对称倾斜记录为出发点,设计并制备了大角带宽高衍射效率的体全息光栅。首先讨论在横电模式光和横磁模式光下体全息光栅的记录参数与其衍射效率的关系,找到平均衍射效率较高的记录参数范围,随后进一步分析在此范围内的记录参数与体全息光栅的角带宽的关系,从而确定获得大角带宽高衍射效率体全息光栅的最佳记录参数。实验结果表明:在参考光入射角度为25°、信号光入射角度为30°时,制备的体全息光栅的角带宽达到±14°,衍射效率为82%。

关键词：衍射体全息光栅衍射效率角带宽记录角度

不同记录光强下辅助紫光对菌紫质薄膜全息衍射效率的影响

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物理学报 2008年第4期57卷 2199-2204页

作者：韩俊鹤姚保利郜鹏陈利菊王英利雷铭中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室

具有光致变色效应的菌紫质薄膜可用作可擦重写型全息记录介质.在全息记录过程中,由于菌紫质薄膜对记录光的散射和反射引起记录光栅对比度下降,当记录光较弱时,这种影响较小,可以忽略;但当记录光较强时,散射和反射光对记录光栅的影响很大... 详细信息

具有光致变色效应的菌紫质薄膜可用作可擦重写型全息记录介质.在全息记录过程中,由于菌紫质薄膜对记录光的散射和反射引起记录光栅对比度下降,当记录光较弱时,这种影响较小,可以忽略;但当记录光较强时,散射和反射光对记录光栅的影响很大,必须考虑它们对光栅对比度的影响才能对实验结果进行合理的解释.实验发现在不同的记录光强下辅助紫光对衍射效率动力学曲线的影响不同,当记录光强较弱时,加入辅助紫光可以提高衍射效率的稳定值、抑制峰值;而当记录光强较强时,加入辅助紫光除了提高衍射效率的稳定值外,还可以提高衍射效率的峰值.采用菌紫质光致变色的二能级模型,对实验现象从理论上给出了很好的解释.

关键词：菌紫质衍射效率干涉条纹对比度

基于傅里叶光学原理的新型凹面光栅衍射效率测量方法

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光谱学与光谱分析 2017年第4期37卷 1279-1285页

作者：马振予齐向东李晓天巴音贺希格姚雪峰吉日嘎兰图张善文于海利中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

凹面衍射光栅兼具色散分光与光束聚焦功能,同时具有像差校正、低杂散光、无鬼线和高信噪比等优势而受到光谱仪器领域的广泛关注。衍射效率作为凹面光栅最重要的技术指标之一,其测量技术水平逐渐成为光谱仪器行业最为关注的课题之一。传... 详细信息

凹面衍射光栅兼具色散分光与光束聚焦功能,同时具有像差校正、低杂散光、无鬼线和高信噪比等优势而受到光谱仪器领域的广泛关注。衍射效率作为凹面光栅最重要的技术指标之一,其测量技术水平逐渐成为光谱仪器行业最为关注的课题之一。传统方法一般采用双单色仪结构实现凹面光栅衍射效率的测量,该方法主要存在两方面问题,一是测量标准反射镜和待测光栅的出射光谱带宽不同,二是光栅叠级、杂散光的影响;上述问题的存在降低了高性能凹面光栅衍射效率测量的准确性。本文提出了一种基于傅里叶光学原理测量凹面光栅衍射效率的新方法;针对该方法建立了凹面光栅衍射效率测量的数学模型,并采用光学追迹和傅里叶光学方法相结合对其进行了仿真分析,从而验证了该方法的正确性;针对动镜横移误差、倾斜误差、光源稳定性、动镜运动距离误差等因素影响凹面光栅衍射效率测量精度的问题,提出引入辅助探测器的方法来进一步提高衍射效率测量精度,并对有无辅助探测器情况下的上述误差对衍射效率的影响进行了数学推导和仿真分析,分析结果表明引入辅助探测器可以有效抑制了上述误差对凹面光栅衍射效率测量的影响。对比传统双单色仪测量方法而言,该方法不仅能够解决传统测量方法存在的问题,同时还具有多波长同时测量、高光通量、高分辨率、高波数精度等优势,可以有效提高凹面光栅衍射效率的测量精度和测量效率。

关键词：凹面光栅衍射效率光谱出射带宽傅里叶变换光线追迹

光栅光谱衍射效率测量新技术的误差分析与校正方法研究

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光谱学与光谱分析 2020年第6期40卷 1973-1978页

作者：王圣浩邵建达刘世杰李灵巧吴周令陈坚黄明中国科学院上海光学精密机械研究所精密光学制造与检测中心上海201800 合肥知常光电科技有限公司安徽合肥230031 超光滑表面无损检测安徽省重点实验室安徽合肥230031

衍射光栅是非常重要的色散元件,在光谱分析领域中有着广泛的应用,光栅光谱衍射效率的测量对于评估光栅性能和改进光栅制备工艺有着重要的作用。在目前常见光栅光谱衍射效率的测量技术中,由于存在两种需要重复数百次的机械运动,因而光栅... 详细信息

衍射光栅是非常重要的色散元件,在光谱分析领域中有着广泛的应用,光栅光谱衍射效率的测量对于评估光栅性能和改进光栅制备工艺有着重要的作用。在目前常见光栅光谱衍射效率的测量技术中,由于存在两种需要重复数百次的机械运动,因而光栅光谱衍射效率的测量速度比较缓慢,如获取700~900 nm波段范围内的光谱衍射效率,大约需要5~8 min的时间。在之前的研究中,报道了一种快速测量光栅光谱衍射效率的新方法,新方法采用声光可调谐滤波器、积分球探测器和高速数据采集系统,可以完全消除现有测量方法中存在的两种耗时的机械运动,由于测量过程中没有任何机械运动的参与,新方法能在10 ms量级获得700~900 nm波段范围内的光谱衍射效率。首先对光栅光谱衍射效率测量新方法的主要误差来源进行了系统分析,发现新方法一个比较明显的误差来源是凸透镜的透过率与入射角相关;然后结合光学模拟,得到了激光光束以不同入射角度传播通过凸透镜时的透过率,并提出了相应的误差校正方法;最后结合实验测量数据,我们对光栅光谱衍射效率新测量技术的误差校正方法进行了实验验证。数据分析结果表明,在550~750 nm波段范围内测得的光栅光谱衍射效率,经过误差校正后,新方法与传统测量方法之间绝对误差的平均值从校正前的0.207%降低到校正后的0.099%,由于传统光栅光谱衍射效率测量方法的测量精度约为0.1%,结果表明,提出的误差校准方法能成功消除光栅光谱衍射效率新测量方法的主要误差来源。

关键词：光栅衍射效率光谱测量误差

菌紫质同线偏振全息记录时再现光偏振方向对衍射效率的调制

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物理学报 2008年第5期57卷 2952-2958页

作者：郜鹏姚保利韩俊鹤陈利菊王英利雷铭中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学和光子技术国家重点实验室

当用相同偏振方向的物光和参考光在菌紫质薄膜上记录光栅时,再现光的偏振方向会影响其衍射效率.采用琼斯矩阵方法对此进行了理论分析,结果显示,再现光的偏振方向对衍射光的光强产生余弦调制;当再现光的偏振方向平行或垂直于记录光的偏... 详细信息

当用相同偏振方向的物光和参考光在菌紫质薄膜上记录光栅时,再现光的偏振方向会影响其衍射效率.采用琼斯矩阵方法对此进行了理论分析,结果显示,再现光的偏振方向对衍射光的光强产生余弦调制;当再现光的偏振方向平行或垂直于记录光的偏振方向时,衍射光仍为线偏振光,其他情况下衍射光均变成椭圆偏振光.再现光偏振方向对衍射效率峰值的调制为正向余弦调制,对衍射效率稳定值的调制为反向余弦调制(与前者在相位上相差π).加入辅助紫光可抑制光栅的饱和,从而使得再现光偏振对衍射效率稳定值的调制由反向余弦调制变为正向余弦调制,并且提高了衍射效率稳定值.

关键词：菌紫质光致各向异性衍射效率琼斯矩阵

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中阶梯光栅衍射效率及杂散光检测系统设计

光谱学与光谱分析 2017年第8期37卷 2603-2609页

作者：沈春洋崔继承孙慈王玮陈建军李晓天中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

中阶梯光栅具有刻线密度低、闪耀角度大、衍射级次高、光谱范围宽、色散率大、光谱分辨率高等一系列突出优点,近年来由于其优良的性能而倍受青睐。作为评价中阶梯光栅质量的衍射效率和杂散光系数直接体现了中阶梯光栅的光学性能,能够准... 详细信息

中阶梯光栅具有刻线密度低、闪耀角度大、衍射级次高、光谱范围宽、色散率大、光谱分辨率高等一系列突出优点,近年来由于其优良的性能而倍受青睐。作为评价中阶梯光栅质量的衍射效率和杂散光系数直接体现了中阶梯光栅的光学性能,能够准确地进行中阶梯光栅衍射效率和杂散光系数的测量是光栅应用的前提。鉴于此,基于中阶梯光栅的衍射理论创造性地提出用一套系统对中阶梯光栅的衍射效率和杂散光系数进行检测,该系统引入双轨结构,具有结构简单新颖、一机多能等优点。通过理论分析和计算,确定了检测系统的结构参数,设计结果表明:该检测系统可用于测量190~1 100nm光谱范围内的中阶梯光栅绝对衍射效率,同时也可用于测量200~800nm光谱范围内的中阶梯光栅杂散光系数,实现了将衍射效率测量和杂散光测量集于一体的设计思想。

关键词：中阶梯光栅衍射效率杂散光光学设计

辅助紫光提高菌紫质全息衍射效率的实验和理论研究

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物理学报 2006年第10期55卷 5200-5205页

作者：王英利姚保利门克内木乐任志伟雷铭任立勇中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室西安710068

由于菌紫质样品的饱和吸收特性,在全息记录中,当记录光强大于样品的饱和光强时,全息光栅透过率随记录光相位差的分布远离余弦型,因此衍射效率的稳定值很低.菌紫质样品在红光和紫光共同作用下存在着双光束互补抑制效应,紫光可以抑制红光... 详细信息

由于菌紫质样品的饱和吸收特性,在全息记录中,当记录光强大于样品的饱和光强时,全息光栅透过率随记录光相位差的分布远离余弦型,因此衍射效率的稳定值很低.菌紫质样品在红光和紫光共同作用下存在着双光束互补抑制效应,紫光可以抑制红光的透过率,提高红光的饱和光强,使记录区域由非线性区移至线性区,从而使全息光栅透过率随记录光相位差的分布变为余弦型,可以有效地提高全息衍射效率.实验证明,辅助紫光大大提高了菌紫质样品全息衍射效率的稳定值.根据此原理,建立了三光束全息光存储系统,在红光记录全息图的同时加入辅助紫光,可以使全息图衍射效率及衍射像的像质得到提高.

关键词：菌紫质全息存储衍射效率饱和吸收

用于空间望远镜的大口径高衍射效率薄膜菲涅尔衍射元件

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红外与激光工程 2017年第9期46卷 115-122页

作者：王若秋张志宇薛栋林张学军中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

为满足空间成像领域对大口径、轻量化、高衍射效率光学衍射元件的需求,研究了薄膜衍射元件微结构设计及制作工艺。应用Zemax光学软件设计了320 mm口径,F/#100的四台阶薄膜菲涅尔衍射元件,并利用Matlab软件将连续位相结构转化为离散化台... 详细信息

为满足空间成像领域对大口径、轻量化、高衍射效率光学衍射元件的需求,研究了薄膜衍射元件微结构设计及制作工艺。应用Zemax光学软件设计了320 mm口径,F/#100的四台阶薄膜菲涅尔衍射元件,并利用Matlab软件将连续位相结构转化为离散化台阶分布。研究了薄膜菲涅尔衍射元件的制作技术,选用透明聚酰亚胺薄膜作为基底材料,以石英玻璃作为复制模板,通过多次旋涂的方式实现了厚度为20μm的衍射薄膜制作。应用Solidworks软件设计并加工薄膜支撑装置。测量复制基板及薄膜对应区域的微结构,实验结果表明条纹线宽转移偏差小于1.3%,台阶深度偏差小于8.6%。搭建光路测试在波长632.8 nm处衍射效率平均值为71.5%,达到了理论值的88%。实验结果表明,制作的薄膜重量轻,复制精度高,并且具有高衍射效率,满足空间望远镜的应用要求。

关键词：大口径菲涅尔衍射元件聚合物薄膜聚酰亚胺衍射效率

基于复合带宽积分平均衍射效率的倾斜误差研究

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光学学报 2020年第8期40卷 17-23页

作者：杨亮亮刘成林陆法林童巧英赵勇兵郭仁甲盐城师范学院物理与电子工程学院江苏盐城224007

在系统装调过程中引入的倾斜误差会影响衍射光学元件(DOEs)的衍射效率。入射角度的增大也会影响DOEs的衍射效率。基于多层衍射光学元件(MLDOEs)的相位延迟表达式,提出了斜入射时衍射效率和带宽积分平均衍射效率(BIADE)与倾斜误差的理论... 详细信息

在系统装调过程中引入的倾斜误差会影响衍射光学元件(DOEs)的衍射效率。入射角度的增大也会影响DOEs的衍射效率。基于多层衍射光学元件(MLDOEs)的相位延迟表达式,提出了斜入射时衍射效率和带宽积分平均衍射效率(BIADE)与倾斜误差的理论关系模型。分析了斜入射时倾斜误差对衍射效率和BIADE的影响。建立了工作在一定入射角度范围内的复合BIADE与倾斜误差的关系。当工作在8~12μm波段的MLDOEs的入射角度范围为0°~20°时,若要实现98%的复合BIADE,倾斜误差角度应控制在0.25°范围内。进一步分析了存在偏心误差和相对微结构高度误差等其他误差因素时,要达到一定的复合BIADE,所需对应的倾斜误差大小。该方法和结论可以用于指导混合光学系统中MLDOEs的设计与装调。

关键词：衍射光学衍射效率倾斜误差斜入射多层衍射光学元件