消除零级衍射谱点的等光强分束光栅制造技术

技术编号:2665139 阅读:237 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
一种消除零级衍射谱点的等光强分束光栅,其特征在于该光栅的结构是一微型结构的周期性重复的消零级达曼光栅,在光栅的每一个周期内,位相突变点关于该周期的中垂线镜像对称,后半周期的两相邻位相突变点之间的位相值相对于前半周期对应的位相突变点之间的位相值漂移π,各高级衍射光光强相等,即I↓[±1]=I↓[±2]=……=I↓[±N],其中N为大于1的正整数,该光栅的分束比为2N,该光栅的参数采用快速下降算法并应用计算机编程优化算出:相位突变点的个数K、第k-1到第k个位相点间的位相值θ↓[k]、和第k个位相突变点归一化坐标值x↓[k],其中k为1、2、……、K。本发明专利技术光栅在远场得到1×2,1×4,1×6……的无零级衍射的等光强阵列分布的多光束输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利涉及衍射光学元器件,特别是一种消除零级衍射谱点的等光强分 束光栅,即消零级达曼光栅,它能实现将单一平面入射的单色光波在远场分 成若干等光强分布,并在无制造误差的情况下,完全消除零级衍射谱点。
技术介绍
在光纤通信、光计算、图像处理和光盘存储等众多
中,经常要 求将单一信号的输入转变成多信号的输出,光学分束器件可以实现上述要求。实现光学分束器的方法很多,基于夫琅和费衍射原理设计的达曼光栅(H. Dammann and K. Gortler, "High-efficiency in-line multiple imagining by multiple phase holograms," Opt. Commun. 3,312-315 1971)因效率高,光束分布均匀性 不受入射光强分布影响等优点成为目前最有效的分束器件之一。对于达曼光栅,零级衍射级次光强的计算公式与其它衍射级次的计算公 式形式完全不同,这造成出现位相误差时,零级衍射光斑相对理论值的变化 也与其它衍射级次的情况不同。对于偶数点达曼光栅,周常河通过计算机模 拟指出,在不考虑零级衍射谱的情况下,其它衍射谱的均匀性不受位相误差 的影响,零级衍射光强仅由位相误差决定(C. Zhou etc. "Numerical study of Dammann array illuminators", Appl. Opt. 34,5961-5969,1995),这一点同样适用 于消零级达曼光栅。1992年RickL. Morrison提出运用对称的方法减小光栅参 IH尤化的计算难度(R. L. Morrison, "Symmetries that simplify the design of spot-array phase gratings," J. Opt. Soc. Am. A 9, 464-471,1992 ),并提到了周期内 位相突变点镜向对称,前后半周期位相相差;r的结构,但Morrison并未进一 步指出这种结构可以在无制造误差的情况下消除零级衍射谱,也未给出其数 值解。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供一种消除零级衍射谱点的等光强分束 光栅,该光栅在无制造误差的情况下完全消除零级衍射谱,在远场得到对应 为1X2, 1X4, 1X6……的无中心零级衍射光强的等光强光斑阵列分布的多光 束。本专利技术的技术解决方案如下一种消除零级衍射谱点的等光强分束光栅,其特点是该光栅的结构是一 微型结构周期性重复的消零级达曼光栅,在光栅的每一个周期内,位相突变 点关于该周期的中垂线镜像对称,后半周期的两相邻位相突变点之间的位相 值相对于前半周期对应的位相突变点之间的位相值漂移;r ,各高级衍射光光强 相等,即1±| = 1±2=……二I^,其中N为大于1的正整数,该光栅的分束比为2N,该光栅的参数采用快速下降算法并应用计算机编程优化算出相位突变点的个数K、第到第k个位相点间的位相值e k和第k个位相突变点归一化坐标值Xk,其中k为1、 2、……K。所述的位相突变点之间的位相是多值的,所述的光栅的参数采用快速下降算法通过下列公式并应用计算机编程优化算出<formula>formula see original document page 5</formula>式中式中%=2;rm:4, n为衍射级次,K为相位突变点的个数,x,为第k个位相突变点,e,为第k-1到第k个位相点间的位相值,光强分布为 I(n)=A(n)A*(n)。所述的位相突变点之间的位相是O, ;r相间的,所述的光栅的参数采用快 速下降算法通过下列公式并应用计算机编程优化算出<formula>formula see original document page 5</formula>式中《i=2;r^, n为衍射级次,K为相位突变点的个数,Xk为第k个位相突变点,8k为第k-1到第k个位相点间的位相值,光强分布为 I(n)=A(n)A*(n)。所述的消除零级的等光强分束光栅的制造方法,其特征在于包括下列步骤① 根据分束光斑数目二2N,选定需要制作的消零级达曼光栅的分束比为 2N,只能取偶数;② 采用快速下降算法和应用计算机编程优化算出二值位相消零级达曼光栅的相位突变点的个数K、第k-i到第k个位相点间的位相值e k和第k个位相突变点归一化坐标值Xk;③根据对光栅最小衍射角、制造精度等要求选取光栅周期长度,并根据 相应位相突变点的归一化坐标值Xk计算出实际位相板每一周期内的位相突变 点的坐标值; 利用电子束直写法制作母版;⑤ 通过接触式光刻法,将母版图案转移到涂有光刻胶和铬膜的光学玻璃上;⑥ 利用湿法刻蚀技术,将图案刻蚀到铬层,最后刻蚀到光学玻璃上。 本专利技术的技术效果是本专利技术消除零级的等光强分束光栅,无论位相为0、 ;r二值或多值时,都 可实现中心对称高级谱点强度相等的偶数点阵列分束输出,且衍射谱的均匀 性不受位相误差的影响。附图说明图1本专利技术实施例1结构的示意图。图2本专利技术实施例2结构的示意图。图3消零级达曼光栅的分束实验演示装置示意图。图4为本专利技术1X8消零级达曼光栅远场衍射的示意图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。先参阅图1,图1本专利技术实施例1结构的示意图,是二值位相消零级达曼 光栅的单周期的归一化的位相结构,它以中点(x=0.5,图中用虚线标明)为 对称轴,后半周期位相突变点和前半周期位相突变点镜像对称,位相突变点 的位相差为;r。图中示出一个周期内有十一个位相突变点(包括零点和终点),位相0, ;r 相间的二值位相达曼光栅结构。前半周期内各位相的边界,即各位相突变点的归一化坐标用X,,X2,X:,,X4表示,后半周期内位相突变点的归一化坐标为 1-Xl,l-X:i,l-x2,l-Xl,各位相突变点之间的位相0, ;r相间分布。最常用和易 于加工的是该二值位相板。图2是本专利技术实施例2结构的示意图。该实施例2是一多值位相消零级 达曼光栅, 一个单位周期内有七个位相突变点,六个位相的达曼光栅结构的示意图。前半周期内各位相的边界即归一化位相突变点坐标为0, X|, x" 0. 5,各位相值用e,, e" e:,表示,后半周期内位相突变点为o. 5, i-x" l-x,, l, 相应的位相分别为冗+0"冗十92, ;r+9 l图中的虚线表示中心对称轴。这是 一种为了获得更高的衍射效率,各位相突变点间的位相也可在间取值, 称为多值位相消零级达曼光栅。各周期内位相突变点的数目可根据实际需要, 在优化求解过程中人为设定。消零级达曼光栅的描述参数有1、 消零级达曼光栅的分束比2N:准直的相干光通过该消零级达曼光栅所产生的等光强衍射光斑的数目为2N。2、 对于消零级达曼光栅,衍射效率定义为"2容/, (1)其中N是光强相等的衍射级的数目,Ii是均匀光强衍射级第i级的光强峰值,因为入射光能的强度已经归一化为1,所以上式衍射效率定义为各均匀 衍射级次内的光能总和占入射光能的比值。计算衍射效率时本应分别计算正 负衍射级次的光强,但是由于消零级达曼光栅采用了位相突变点关于每个周 期的中点的中垂线镜像对称的特殊结构,使得正本文档来自技高网
...

【技术保护点】
一种消除零级衍射谱点的等光强分束光栅,其特征在于该光栅的结构是一微型结构的周期性重复的消零级达曼光栅,在光栅的每一个周期内,位相突变点关于该周期的中垂线镜像对称,后半周期的两相邻位相突变点之间的位相值相对于前半周期对应的位相突变点之间的位相值漂移π,各高级衍射光光强相等,即I↓[±1]=I↓[±2]=……=I↓[±N],其中N为大于1的正整数,该光栅的分束比为2N,该光栅的参数采用快速下降算法并应用计算机编程优化算出:相位突变点的个数K、第k-1到第k个位相点间的位相值θ↓[k]、和第k个位相突变点归一化坐标值x↓[k],其中k为1、2、……、K。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:周常河毕群玉
申请(专利权)人:中国科学院上海光学精密机械研究所
类型:发明
国别省市:31[中国|上海]

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1
相关领域技术
  • 暂无相关专利