光栅应用发展现状VIP专享VIP免费

第23卷第5期2009年9月长沙大学学报JOURNALOFCHANGSHAUNIVERSITYV01．23No．5Sop．2009光栅应用发展现状刘莉1’2(1．国防科学技术大学光电学院，湖南长沙410073；2．长沙大学电子与通信工程系，湖南长沙410003)摘要：衍射光栅作为一种重要的分光元件，经过几百年的发展，已经形成了很多种类，除了广泛应用于摄谱仪进行光谱分析之外，新型的光栅已大量用于激光器、集成先路、光通信、光学互连、光计算、光学信息处理和光学精密测量控制等各个方面．综述了光栅的研究历史和现状，介绍了光栅的主要性质和应用，并根据光栅的特点对光栅进行了分类．关键词：光栅；光栅历史；光栅分类；光栅应用，中图分类号：TN248．I+l文献标识码：A文章编号：1008—4681(2009)05-0023—05衍射光栅是一种分光元件，也是光谱仪器的核心元件．1960年代以前，全息光栅，刻划光栅，作为色散元件，广泛用于摄谱仪光谱分析，是分析物质成分、探索宇宙奥秘、开发大自然的必用仪器，极大地推动了包括物理学、天文学、化学、生物学等科学的全面发展．近年来，一系列新型光栅的出现对科学技术的发展和工业生产技术的革新也发挥着越来越大的作用：把光栅做在光纤里面，产生了光纤光栅，促进了光纤通信产业的发展；光栅和波导的结合，产生了阵列波导光栅，是非常重要的光纤通信的波分复用器件；光栅的飞秒脉冲啁啾放大技术促进了强激光的产生；大尺寸的脉冲压缩光栅是激光核聚变装置不可缺少分束器；Darnmann光栅应用于光电子阵列照明技术；体全息光栅在光存储及波分复用方面的已快进入实用化阶段．光栅推动了科学技术的发展，世界上对光栅的需求越来越大．1光栅发展历史最早的衍射光栅是绕线光栅，1786年美国科学家Ritenhouse在费城用平行的50至60根细金属丝制成的宽12．7inlTl的衍射光栅．1821年，夫琅和费为了观测太阳光谱，用铁丝制成了衍射光栅，两年后，他又在平面玻璃上敷以金箔，再在金箔上刻槽做成了具有较大色散的反射衍射光栅．1870年，卢瑟福在50mill宽的反射镜上用金刚石刻刀刻划了3500条槽，这是世界上第一块分辩率与棱镜相当的光栅，具有重大的意义L1．2】．19世纪80年代，Rowland发明衍射光栅刻划机和凹面光栅分光装置，光栅分光仪器就成为光谱分析领域的主角．后来，Anderson和Wood研究了光栅槽形对光强分布的影响，提出了光栅的“闪耀”理论，“闪耀”使光栅的衍射效率得到大大的提高，大部分光能量可集中在预定的衍射级次上．1948年，Gabor提出了全息光学原理，激光器发明以后。出现了专门用于记录激光器干涉条纹的技术，导致“全息光栅”的出现，它主要用作色散元件，对激光输出光谱进行选择和调谐．随着硅微加工技术的迅速发展，而光栅在微观上的周期性，硅作为晶体材料结构上的特殊性及其加工工艺的兼容性，使人们开始尝试在硅基材料上制作光栅．1975年W．Tang和S．Wang首次在论文中报道了利用硅加工技术制作光栅口j，从此硅光栅被应用在许多不同的领域．随着微细加工工艺的发展和二元光学应用领域的拓展，周期性二元光学元件光栅的特征尺寸不断缩小，其结构也变得越来越复杂，从单周期光栅到双周期交叉光栅，从介质光栅到金属光栅，从单层光栅到多层光栅，光学元件越来越小型化、高效化、阵列化．2光栅分类光栅经过几百年的发展，己形成了很多种类，分类准则也有很多．我们将根据光栅的特点对光栅进行分类，并对光栅的应用进行简单的介绍．有些光栅可能属于几个种类，我们只在一个种类中介绍．(1)按材料分，有硅光栅、金属光栅、聚合物光栅、光折变光栅、光致热折变玻璃光栅等；，硅在近红外波段范围内具有非常好的光学特性收稿日期：2009—08—28；修回日期：2009—10—22基金项目：国家自然科学基金(批准号：10676038)资助项目．作者简介：刘莉(1980一)，女，山西离石人，长沙大学电子与通信工程系讲师，在读博士．研究方向：光电信息处理．万方数据长沙大学学报2009年9月(高折射率和低损耗)，是制作近红外光栅的极好的材料，又由于使用微机械加工技术，可以直接在硅材料表面制作光栅．在硅基材料上制作的光栅还可以用作集成光学的波导和光纤的耦合器．阵列波导光栅(ArrayedWaveguideGrati...