光柵的特性及應(yīng)用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上光柵的特性及應(yīng)用一、光柵的基本特性光柵主要有四個基本性質(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，這個問題我們將在后面作更為詳細的分析，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錾涔獾谋绢I(lǐng)。應(yīng)用領(lǐng)域有光互連、光藕合、均勻照明、光通訊、光計算等。其性能評價指標有:衍射效率、分束比、壓縮比、光斑非均勻性以及光斑模式等。目前較常用的光柵分

2、束器有:Dammann光柵分束器、Tablot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。但是理論和實驗都證明，一塊設(shè)計合理、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)對光柵的偏振特性進行理論分析。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

3、導(dǎo)中。根據(jù)瑞利展開式，一束平面波照射在光柵上會產(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固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。1960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)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，在計量學(xué)、天文學(xué)、集成光學(xué)

4、、光通信、原子能等方面已被廣泛應(yīng)用。因此，對光柵制作技術(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，光柵的用途遠遠超過傳統(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、光束耦合、光束擴束、光束偏轉(zhuǎn)、光束取樣、光束分光、光學(xué)邏輯、數(shù)據(jù)儲存、光學(xué)測試、模式轉(zhuǎn)換、位相共軛、脈沖整形與壓縮、調(diào)Q、鎖模、信號處理、太陽能聚焦、空間光調(diào)制、光學(xué)開關(guān)、診斷測量、圖像識別等等，同時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;光柵的飛秒脈沖啁啾放大技術(shù)促進了強激光的產(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