赖成军[1]2003年在《多光束干涉全息法制作衍射光学元件》文中指出衍射光学元件是目前光学应用系统中非常重要的一个部分，它能实现传统光学许多难以达到的目的和功能，因而在国际上都普遍受到重视。 本论文从一种新的衍射光学元件设计思想出发，摆脱了传统的二元光学元件制作方法，使用简单的全息照相技术，通过两光束或两光束以上的干涉制作复杂条纹的光栅，以实现衍射光的有规律分布。本文的工作对于低成本大批量的生产衍射光学元件的可能的生产途径做了有益的尝试，对于衍射光学元件设计和制作具有重要的实用价值。 编制出一套多光束设计分束光栅的参数优化程序，使用模拟退火算法找出使用叁光束或者更多光束干涉制作分束光栅的最佳参数，并且通过软件模拟出该分束光栅的远场衍射图样，证实了通过全息干涉方法制作二元光学元件的可能性。并对优化过程中的部分参数做了改变，分析了在分立条件下与综合条件下的优化结果的差异。同时，论文还对全息干涉本身的局限性做了分析，讨论了这种局限性对衍射光学元件设计的缺陷，提出一些可能的解决或者弱化这些缺陷的办法。 论文还分析了多光束干涉光栅与普通全息光栅的面形区别，以及由于这种面形的变化而产生的光学效应。
王仁杰[2]2015年在《衍射光栅空间滤波理论与光栅设计、制作实验方法研究》文中研究表明光电编码器是综合光、电、机为一体的精密测量仪器,基于其精度高、分辨力高、稳定性好、寿命长、操作方便等优点,在航天航空、军事、工业、交通、科研等领域有着广泛应用。光栅莫尔条纹信号质量是决定编码器性能的关键指标,而光栅精度是影响条纹信号质量的主要因素,从光栅角度出发,开展光栅空间滤波理论、光栅的设计与制作的实验研究对于提高编码器测量精度具有重要意义。通过阅读国内外大量文献,分析国内外基于莫尔条纹光电信号补偿技术的研究进展及发展趋势,从衍射光栅的干涉光场、衍射光场及空间滤波成像叁个方面进行了理论研究,从理论方面对本文的研究课题进行了相关推理;提出了采用光学方法提高光栅信号质量的设计方案。以正弦光栅和矩形光栅为研究对象,设计了制作正弦光栅的光学系统和检测正弦光栅质量的系统;采用马赫-曾德尔干涉法制作多光束干涉光栅,对矩形光栅和制作的多光束干涉光栅进行空间滤波成像处理,并对空间滤波成像处理前后各个光栅的光栅常数进行检验;选取平行光和点光源两种光源垂直照射衍射光栅,用面阵CCD和线阵CCD采集信息,从条纹质量、透过率函数和频谱叁个方面对光栅进行检验。通过对衍射光栅进行滤波成像处理实验研究,得出结论:空间滤波成像处理可以有效地抑制高次谐波的含量,可明显地增强光栅的正弦性,使光栅的信号质量得到较大的改善;且随着衍射光栅频率逐渐增大,光栅的正弦性逐渐提高。本课题从衍射光栅研究角度,为提高编码器的精度奠定了实验基础。
刘影[3]2006年在《大面积全息光子晶体模板的制作技术及其在LED中的应用》文中认为目前被人们称为可控制光子流动的半导体——光子晶体,由于其潜在的科学价值和应用前景受到各国科研人员的关注,仅从2003年到2005年,在《Nature》和《Science》两刊物上发表的相关论文达21篇。国内外大学的一些研究小组相继采用不同的方法对光子晶体的结构、理论、制备技术及其崭新的物理性质等进行了研究并取得了重大进展。牛津大学M. Campbell等人在《Nature》上提出利用全息术制作可见光的叁维光子晶体受到了广泛得重视。该方法制作光子晶体直接、成本低、速度快、有实用意义。但全息术实现光子晶体需要叁束光(二维)或四束光(叁维)干涉,目前国内外普遍采用的制作系统存在着光路复杂、系统稳定性差、所制得的光子晶体面积小等缺点,使其应用仍然局限于实验室中。因此如何实现大面积、廉价、大批量地制备光子晶体,是使其得到真正意义上的应用的唯一途径。本研究针对这个课题从理论到实验方案,对制备方法进行了深入研究,并取得了以下成果:1.计算模拟分析全息术实现光子晶体过程中,利用光刻胶作为记录介质,将叁维结构记录下来的曝光、显影过程;模拟分析光强比、偏振态、对比度等对制作全息光子晶体模板的影响;给出实现fcc结构光子晶体的优化制作参数。2.提出用双光束干涉多次曝光的方法实现叁维结构光子晶体。理论分析证明该方法可实现与四束光同时曝光法相同的叁维晶格结构。3.提出利用全息光学元件(HOE)实现光子晶体结构。对HOE上的全息衍射光栅凹槽深度及其矢量方向与入射光偏振方向的夹角进行最优化设计,给出最佳制作方案并制作出符合fcc结构光子晶体要求的全息衍射光学元件;对制作全息光子晶体模板的记录光路进行优化设计,其中包括对光束比(全息衍射光栅的衍射效率)、曝光量、显影时间等参数的优化设计。根据设计参数,制作出具有fcc结构的全息光子晶体模板。4.提出一套利用厚玻璃进行折射率匹配的制作系统,消除了在制作叁维光子晶体过
刘欢[4]2005年在《光子晶体的理论计算及双波长激光器的实验研究》文中提出本论文分为五章,前四章主要是光子晶体综述及有关光子晶体若干方面的理论计算,第五章介绍了LD侧面泵浦Nd:YAG双波长运转的全固态激光器实验。1987年,Yablonovitch和John同时独立提出光子晶体这一概念,它是一种介电常数随空间周期性变化、存在光子禁带的新型人工材料。由于光子晶体具有控制光子运动状态的独特能力,所以它的应用前景十分广阔。目前光子晶体已成为世界范围内研究的热点。本文前四章主要内容如下:1)简单介绍了光子晶体的基本概念、主要特征,重点介绍了光子晶体的主要制备方法、几种理论计算方法、以及其在光子晶体光纤、光子晶体波导、光子晶体激光器、超棱镜等众多领域的应用前景。2)激光全息法制作二、叁维光子晶体相比传统半导体微加工及精密机械加工技术具有很多优势。本文提出一种多光束干涉模型,通过设计模型中各光束的光强、偏振方向、和位相差等参数,计算分析出二、叁维光子晶体的结构,从而为实验阶段采用激光全息法制作二、叁维光子晶体结构提供有益的前期分析和预测。3)从叁维光子晶体的电磁波理论出发,基于平面波展开法,对周期结构中的Bloch波的求解过程作了详细的推导,并给出了光子晶体中存在光子禁带的理论依据。以二维方形光子晶体为例,通过平面波展开法,推导出TE模式和TM模式的本征方程。4)基于平面波展开法,理论分析了晶格结构、填充率、介电常数比等因素对square形、hexagon形两种二维光子晶体典型结构以及fcc、diamond、woodpile叁种叁维光子晶体典型结构完全禁带的影响,为以后的实验制备和应用研究提供了良好的指导方向及理论依据。本文还发现了一些以前未引起注意的现象。本文在第五章介绍了双波长连续运转全固态激光器实验。通过控制介质膜系在不同波长的透过率以及谐振腔内不同波长的衍射损耗,实现了LD侧面泵浦Nd:YAG激光器在1064nm和1319nm的双波长连续运转。分析了两波长激光输出功率比与1064nm谐振腔腔长之间的关系,验证了利用四镜腔实现双波长激光连续输出的可行性。在泵浦抽运功率为500W时,双波长连续平均输出功率超过45W,1064nm和1319nm单一波长连续输出功率均超过20W。这些功率指标是我们目前所知最高的。
沈晓霞[5]2009年在《单双光子聚合法结合制备引入缺陷的光子晶体及其色散性质的研究》文中进行了进一步梳理光子晶体(Photonic Crystals,PhCs)的概念最早在1987年由E.Yablonovitch和S.John同时提出,它是一种折射率在空间呈周期性变化的电介质材料组成的结构,其变化周期和光的波长为同一个数量级。光子晶体也称为光子带隙材料(Photonic Bandgapmaterials),或者电磁晶体(Electromagnetic Crystals)。光子晶体具有两个重要的特性,即光子带隙和光子局域。使得光子晶体在很多方面都有巨大的应用前景,比如可以制备光子晶体光纤,波导,以及低阈值激光器等很多种重要器件。本篇论文的目的是要对光子晶体的一系列问题从理论和实验两方面进行比较系统和全面的分析,分析的重点体现在下面四个方面:1.全息光子晶体的实验制备及缺陷引入在光子晶体的实验制备中我们主要研究两个方面,一是激光全息干涉法一步成型制备大规模无缺陷的光子晶体,二是用单光子和双光子聚合相结合的办法,在光子晶体中引入缺陷。由于光子晶体的巨大应用前景,有关光子晶体的制备方法也备受关注,激光全息干涉法就是其中的一种。激光全息干涉法是利用叁束或者四束非共面光干涉,形成二维或叁维亮暗相间的干涉图样,图样的周期与所使用干涉光的波长在一个数量级。将这种干涉图样投影到一种介质材料上记录下来,就可以得到二维或者叁维的光子晶体结构。这种方法可以一次成型制备大范围无缺陷的结构,具有较高的分辩率,并且制备程序简单,成本低廉,具有很多的优点。双光子聚合法制备光子晶体一般利用Ti:sapphire飞秒激光器的二倍频激光进行光聚合,然后用机械控制来移动样品,最后处理样品,清洗掉没有聚合的区域,来制作各种结构的光子晶体。这种方法比较精细,但造价比较昂贵,适用于制备对位置要求比较精确的结构,不适于大规模生产。在本篇论文中,我们提出了一种单双光子聚合相结合的办法来制备引入缺陷的光子晶体。先使用波长为532nm的激光进行全息干涉,来制备大规模无缺陷的二维或者叁维光子晶体,然后利用飞秒激光器进行双光子聚合,在未经显影处理的样品上扫描沟道,形成线缺陷或者点缺陷。聚合材料对双光子的吸收与光强度的四次方成正比,因此双光子聚合的区域非常小,只在焦点附近λ~3的区域内(λ为激光波长),这样我们就可以精确的控制在光子晶体中引入缺陷。最后再进行显影处理,就可以得到引入缺陷的光子晶体。这种方法结合了全息干涉和双光子聚合两种方法的优点,既能够快速方便地制备光子晶体结构,又可以精确控制引入缺陷。在论文的第二章巾,我们系统地分析了全息法制备一维、二维和叁维光子晶体的光束配置和所得图样,第叁章则介绍了具体的实验制备过程,以及结合双光子聚合法引入缺陷的光路设计和实验过程,并在文章中给出了实验制备的样品照片,验证了这种方法的可行性。2.全息光子晶体的能带特性光子晶体最重要的一个特性是具有光子带隙,即处在禁带内频率的光是不能在光子晶体中传输的。光子禁带的出现依赖于光子晶体的结构和介电常数的配比。一般来说,光子晶体中两种介质的介电常数比越大,入射光将被散射得越强烈,就越有可能出现光子禁带。影响禁带的出现还有一个重要因素:晶体的几何构形,由于带隙产生在布里渊区(Brillouin zone)的边界处,所以原则上完全带隙(即光在整个晶格结构空间的所有方向上传输时都具有带隙)更容易出现在布里渊区是近球形的结构中。理论上讲,如果光子晶体的带隙越大,我们可以控制或者应用的频率范围就越广,所以如何设计介电常数的结构和形状,使之具有较大的完全带隙成为我们关注的焦点。在以前的工作中,我们曾使用衍射分束器件(DBS)得到叁束呈伞状对称的光束相互干涉,制备出了对TE和TM两种模式同时具有较大带隙的二维叁角结构光子晶体。在文章的第四章中,我们对原有工作做了改进,在原来一次曝光的基础上,把叁束对称光都沿同一方向转动60度后,再对样品进行第二次曝光,经过两次曝光处理后的光子晶体结构获得了超过20%的更大带隙。3.光子晶体中的传输特性——负折射和超透镜现象通常的介质材料介电常数与磁导率都是正的,即具有正的折射率,电磁波传输时波矢K、电场E和磁场H之间的关系符合右手定律。那么当介电常数ε和μ都为负值时,电场、磁场和波矢之间则应该符合左手关系,满足这种关系的物质被为左手材料(Left-handed materials,LHM)。电磁波在左手材料中的行为与在右手材料中相反,比如光的负折射、负的切连科夫效应、反多普勒效应等等。所以近年来有关左手材料的研究受到了广泛的关注。2002年,科学家们发现当光波以一定角度入射到在光子晶体界面上时,光波在光子晶体中的传输也会出现和在左手材料中相同的现象:比如负折射和超透镜(SuperLens)现象。对于有些频率的电磁波,以很大范围内的入射角度入射到光子晶体中都会出现负折射现象,传输光线在光子晶体后面呈现出自聚焦,有时会聚焦于一点呈现出很清晰的像点,这时光子晶体对于这种频率的光波,就像是一个折射率为-1的完美透镜,这种现象被称为超透镜。在论文的第五章,我们详细介绍了光子晶体中负折射现象和超透镜现象产生的原理,用波矢图解法分析了这些现象产生需要满足的条件,最后用有限时域差分方法(Finite Difference in Time Domain,FDTD)理论模拟来验证了左手传输特性在光子晶体中的出现。并且对全息干涉形成的光子晶体与具有规则格点形状的常规光子晶体相比较,由于全息干涉结构的格点形状是不规则的,导致它们的等频率线分布与规则形状的光子晶体也有较大差别,我们发现在填充比(Filling ratio)较大的光子晶体结构或者格点是以介质材料相连接的结构中,负折射现象更容易出现,并且入射电磁波频谱范围更广。4.二维光子晶体薄板内缺陷腔的性质和品质因子计算在一块完美的光子晶体中引入某种缺陷,光子带隙中会出现缺陷态,当电磁波的频率与缺陷态相吻合时,就有可能被局域在缺陷位置,因而呈现出很大的态密度和品质因子。这种由光子晶体制作的微腔,比起传统的微腔体积小,品质因子高,在光通信以及高精度光学仪器的设计中有着重要的应用前景。在论文的第六章给出了有关二维光子晶体薄板微腔的系统分析,用平面波展开法计算了光子晶体薄板的带隙分布,以及引入缺陷后腔的特征频率。并结合以前的工作,对全息法制备的二维光子晶体薄板的能带分布及如何引入缺陷模式做了详细介绍。微腔的特征频率确定后,最重要的性质是腔的品质因子(Quality Factor),我们使用有限时域差分法,自己编写程序来计算二维光子晶体薄板的品质因子,并分析了怎样通过改变腔的结构来提高品质因子,改善微腔的品质,使光子晶体微腔能有更广泛有效的运用。
董国艳[6]2009年在《全息光子晶体禁带展宽方法和波导传输特性的研究》文中研究说明光子晶体自从被提出后,在光学物理、凝聚态物理、电磁波、信息技术等领域引起了人们广泛的关注。在这短短的二十年里,光子晶体在理论研究和实验研究方面均取得了显着的成果,并且在某些领域也有了一定的应用。由于光子晶体的巨大潜在应用价值,设计和制作可见光和近红外波段的完全带隙光子晶体,成为近十年来科学研究的热点之一。在制备复杂结构光子晶体的多种方法中,相对于其它制作方法,例如逐层迭加方法、半导体微加工和自组织生长,激光全息制作方法具有成本低,耗时短,方便制作和有效等优点。本论文运用激光全息干涉技术并结合平面波展开法和有限时域差分方法,在理论上比较系统地研究了如何使用伞形配置的多激光束形成具有较宽的完全禁带的光子晶体,提出多种实现全禁带展宽的设计方案,并通过晶体结构及其能带传输特性的模拟来验证能带计算结果的正确性,其中的创新性工作主要包括以下几个方面:一、全息干涉法优化二维正方结构光子晶体的光束设计及其能带性质的研究由于全息干涉法中格点柱的形状和大小实际是由干涉场的等强度面决定的,所以所得结构的能带性质与制备过程有着密切的联系。作为实例,我们在第叁章中提出了两种利用全息干涉技术制备的新型二维正方结构光子晶体的方案。第一种是由绕z轴旋转45°的针垫形柱组成的正方晶格点阵,这种结构与过去报道过的由正方柱组成的同类结构相比在很宽的介电常数比的范围内有更大的相对光子带隙。因为理论分析发现通过长条柱做脉络连接圆柱组成的正方点阵结构的圆柱半径和长条宽度在适当配比情况下,可以产生很大的完全带隙,所以我们利用全息干涉法设计了另一种由不规则介质柱组成的相似晶体结构。这两种优化晶体结构不但能够产生更大的相对带隙,而且在有全带隙的光子晶体制备过程中对系统各种参数的要求更加宽松。文中系统分析了各种参数与光子带隙的关系,推导出具有最佳能带性质的全息光子晶体的一般规律,为制备正方结构光子晶体设计提供了理论依据。二、全息干涉法制备的二维叁角混合光子晶体的结构设计及其能带性质的研究在第四章我们首次开展了光子晶体周期结构旋转轴与能带性质关系的系统研究,提出了一种利用全息干涉二次曝光技术改变光子晶体对称性的方法,发现通过降低光子晶体的对称性和适当改变介质柱大小和形状,能够有效提高光子能带性质。计算表明经过适当优化的结构在很宽的系统参数范围内有全光子带隙存在,并且发现能够打开大于1%全带隙所要求的最小介电常数仅为3.8,这个值是所有报道过二维周期光子晶体结果中的最小值。此研究为在低折射率比的情况下实现光波的高效率传输技术提供了一种有价值的指导方案。叁、利用伞状对称多光束干涉制备新型叁维光子晶体及其能带性质的研究叁维光子晶体比二维光子晶体更具有多样性,利用全息法制备叁维光子晶体的一个重要的途径就是用伞状对称四束光干涉法,即周围叁束侧光两两成相同角度,分别与中间光束成相同夹角θ。第五章中,我们通过理论分析和模拟计算推导出利用伞状对称四束光全息干涉可能制备的叁维光子晶体结构,系统研究了光束夹角从10°到180°变化所得晶体结构的相应布里渊区的特征与光子能带性质,这些工作将有助于该方法在实验中的有效应用。另外,我们首次提出一种伞状对称五束光全息干涉制备光子晶体的方法,系统分析了随光束夹角不断增大时可以得到的光子晶体结构及其能带性质,发现利用该方法不但能够制备出存在最大相对带隙的类金刚石结构光子晶体,而且可以保证所有干涉光束从样品同侧入射,为简化实验条件,改善光子能带性质提供了可行性方案。四、全息光子晶体波导传输性质的研究为了研究光波在二维全息光子晶体中的传播性质,我们在第六章中研究了光波在引入两个60°转角线缺陷的全息叁角结构光子晶体波导中的传播性质。通过模拟计算发现在很宽频率范围内,光波能够以大于90%的透过率高效率传输,这也是同类报道中最宽的频率范围,并且揭示了光波在两个60°转弯之间产生的谐振与光子晶体的结构有着密切的联系。此项工作使全息光子晶体在光子整合回路中的应用充满希望,并且为优化光子晶体波导的传输性质提供了理论依据。五、全息干涉法制备光子晶体的实验研究最后,在第七章我们对利用全息干涉法制备光子晶体模板以及利用单双光子聚合技术在光子晶体模板中引入线缺陷进行了实验研究。在实验中,我们设计出了几种实用的光路,制备出了几种光子晶体模板,并成功从中引入了带有直角转弯的线缺陷。虽然这一领域的工作受到实验条件的限制,但是我们的实验结果证明了全息干涉法在大面积、低成本制备光子晶体方面具有独特的优势,并验证了通过单双光子聚合相结合技术在光子晶体中引入线缺陷的可行性。以上工作围绕光子晶体全带隙展宽和优化传输性质展开,自成体系,提出了一系列具有更好的能带特性和传输特性的二维、叁维晶体结构,并进行了模拟验证,具有一定的深度和广度,相关成果已在Optics Express等多种国际着名期刊上发表。
佚名[7]2003年在《光电子技术》文中提出TNZ 2003050103叁维面形测且数据的计算全息可视化/王辉,李勇,金洪展,应朝福,(2』苏显渝(浙江师范大学)11光学学报一2 003,2a(3)一284-288提出利用计算机制全息进行叁维面形测量数据立体重现的技术.首先利用叁维面形测量技术同时
佚名[8]2001年在《光电子技术》文中提出TNZ 01060169光电子产业的展望和机遇/周炳现(清华大学电子工程系)11激光与红外.一2001、31(l)一8一9激光发明滩O年来,光电子技术取得迅速发展并得到了广泛应用,基础元器件的突破,DWDM全光网络应用将促进信息光电子技术和产业的发展;生
李红军[9]2001年在《衍射光学元件制作及其在CCD相机光学系统中的应用》文中认为衍射光学元件基于光波的衍射原理，具有色散特性独特、体积小和重量轻等优点，得到人们普遍重视，已被广泛应用于红外光学系统、光互连、全息显示、光学扫描、图象识别和图象处理、视觉模拟系统等许多领域。 本论文主要工作围绕国防科工委预研课题“衍射光学系统设计及工艺研究”展开。本论文的主要工作包括以下四个部分：1．衍射光学元件衍射效率的讨论 衍射光学元件在制作过程中，存在掩模对准、线宽和刻蚀深度等制作误差。这些制作误差对衍射光学元件的衍射效率都有影响。本文结合实际制作的衍射光学元件，讨论制作误差对16阶衍射光学元件的影响。2．对准误差对光学传递函数的影响 对于折衍混合光学系统，更关心的是衍射光学元件的制作误差对系统光学传递函数的影响。本文讨论对准误差对光学传递函数的影响，得出普遍规律。3．衍射光学元件的制作及衍射效率的测量 根据课题要求及具体实验条件，使用薄膜沉积和离子束刻蚀法制作16阶衍射光学元件并进行衍射效率测量，分析部分实际制作误差对衍射效率的影响。4．衍射光学元件在光学系统中的应用 将衍射光学元件应用于光学系统，研制成功折衍混合小型CCD相机。 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所博士学位论文 一 并使用星点法、分辨率及光学传递函数进行光学系统成像质量的评价及室外 成像实验。
参考文献：
[1]. 多光束干涉全息法制作衍射光学元件[D]. 赖成军. 四川大学. 2003
[2]. 衍射光栅空间滤波理论与光栅设计、制作实验方法研究[D]. 王仁杰. 东北师范大学. 2015
[3]. 大面积全息光子晶体模板的制作技术及其在LED中的应用[D]. 刘影. 厦门大学. 2006
[4]. 光子晶体的理论计算及双波长激光器的实验研究[D]. 刘欢. 天津大学. 2005
[5]. 单双光子聚合法结合制备引入缺陷的光子晶体及其色散性质的研究[D]. 沈晓霞. 山东大学. 2009
[6]. 全息光子晶体禁带展宽方法和波导传输特性的研究[D]. 董国艳. 山东大学. 2009
[7]. 光电子技术[J]. 佚名. 中国无线电电子学文摘. 2003
[8]. 光电子技术[J]. 佚名. 中国无线电电子学文摘. 2001
[9]. 衍射光学元件制作及其在CCD相机光学系统中的应用[D]. 李红军. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所. 2001
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