光柵的特性及應(yīng)用演示教學(xué)

1、精品文檔 光柵的特性及應(yīng)用 光柵的特性及應(yīng)用 一、光柵的基本特性 光柵主要有四個(gè)基本性質(zhì)：色散 分束、偏振和相位匹 配，光柵的絕大多數(shù)應(yīng)用都是基于這四種特性。 光柵的色散是指光柵能夠?qū)⑾嗤肷錀l件下的不同波長(zhǎng)的光 衍射到不同的方向，這是光柵最為人熟知的性質(zhì)，它使得光柵取 代棱鏡成為光譜儀器中的核心元件。光柵的色散性能可以由光柵 方程推導(dǎo)出來，這個(gè)問題我們將在后面作更為詳細(xì)的分析，推導(dǎo) 出光柵的廣義色散公式。 光柵的分束特性是指光柵能夠?qū)⒁皇肷鋯紊夥殖啥嗍?身寸光的本領(lǐng)。應(yīng)用領(lǐng)域有光互連 光藕合均勻照明、光通訊 光計(jì)算等。其性能評(píng)價(jià)指標(biāo)有：衍射效率、分 束比、壓縮比、光斑非均勻性以及光斑模

2、式等。目前較常用的光 柵分束器有：Dammann光柵分束器、Tab lot光柵分 束器、相息光 柵分束器、波導(dǎo)光柵分束器等。另外，位相型菲涅耳透鏡陣列分 束器、Gbaor透鏡分束器等透鏡型的 分束器也是相當(dāng)常用的。 在標(biāo)量領(lǐng)域范圍內(nèi)，光柵的偏振特性往往被忽略，因此，光 柵的偏振性在以前不被人廣知。但是理論和實(shí)驗(yàn)都證明，一塊設(shè) 計(jì)合理、制作優(yōu)良的光柵可以被用來做偏振 器、1/2波片、1/4 波片和位相補(bǔ)償器等。光柵的偏振特性需要用光柵的矢量理論才能分析得到，我們將在后面章節(jié) 對(duì)光柵 的偏振特性進(jìn)行理論分析。 光柵的相位匹配性質(zhì)是指光柵具有的將兩個(gè)傳播常數(shù)不同的 波禍合起來的本領(lǐng)。最明顯的例子是光

3、柵波導(dǎo)禍合器，它能將一 束在自由空間傳播的光束禍合到光波導(dǎo)中。根據(jù)瑞利展開式，一 束平面波照射在光柵上會(huì)產(chǎn)生無窮多的衍射平面波，相鄰衍射波 的波矢沿X方向的投影之間的 距離是個(gè)常數(shù)，等于光柵的波矢，即平面波可以 看作是電磁波在無源、均勻媒質(zhì)中的一種模式，因此光柵有能力 把波矢沿著 定方向而投影相差光柵波矢整數(shù)倍的不同平面波耦 合起來。 二、衍射光柵的應(yīng)用 衍射光柵是一種分光元件，也是光譜儀器的核心元件。 I960年代以前，全息光柵，刻劃光柵，作為色散元件，廣泛用于 攝譜儀光譜分析，是分析物質(zhì)成分、探索宇宙奧秘、開發(fā)大自然 的必用儀器，極大地推動(dòng)了包括物理學(xué)、天文學(xué)、化學(xué)、生物學(xué) 等科學(xué)的全面發(fā)

4、展。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用早已不局限于 光譜學(xué)領(lǐng)域，在計(jì)量學(xué)、天文學(xué) 集成光學(xué)、光通信、原子能等 方面已被廣泛應(yīng)用。因此，對(duì)光柵制作技術(shù)的研究從來沒有間斷 過。 衍射光柵的經(jīng)典概念雖然簡(jiǎn)單，但其內(nèi)涵卻極為豐富。 在過去的二十多年里，光柵的用途遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)意義上的應(yīng)用范 圍，在科研和技術(shù)等諸多領(lǐng)域成為無可替代的及其重要的工具。 例如，衍射光柵應(yīng)用于集成光學(xué) 光學(xué)全 息、光譜分析、模糊處 理 數(shù)模轉(zhuǎn)換、相關(guān)存儲(chǔ)、光束耦 合、光束擴(kuò)束 光束偏轉(zhuǎn)、光 束取樣、光束分光、光學(xué)邏 輯 數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、光學(xué)測(cè)試、模式轉(zhuǎn) 換 位相共覘、脈沖整形與壓縮、調(diào)Q、鎖模 信號(hào)處理 太陽 能聚焦、空間光調(diào)制、光學(xué)開關(guān)、診斷測(cè)量、圖像識(shí)別等等，同 時(shí)光柵還在不斷在新領(lǐng)域得到應(yīng)用。 近年來，一系列新型光柵的出現(xiàn)對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn) 技術(shù)的革新也發(fā)揮著越來越大的作用：把光柵做在光纖 里面，產(chǎn)生了光纖光柵，促進(jìn)了光纖通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；光柵和波 導(dǎo)的結(jié)合，產(chǎn)生了陣列波導(dǎo)光柵，是非常重要的光纖通信的波分 復(fù)用器件；光柵的飛秒脈沖碉啾放大技術(shù)促進(jìn)了強(qiáng)激光的產(chǎn)生； 大尺寸的脈沖壓縮光柵是激光核聚變裝置不可缺少分束器； Dammann光柵應(yīng)用于光電子陣列照明技術(shù)；體全