闪耀光栅原理及其应用VIP免费

2008年2月第27卷第1期重庆文理学院学报(自然科学版)JournalofChongqingUniversityofArtsandSciences(NaturalScienceEdition)Feb．，2008V0L27Nl闪耀光栅原理及其应用张发国，喻洪麟(重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆4OOO44)[摘要]近几年，随着硅微加工技术的迅速发展和制作硅光栅技术的提高，闪耀光栅的制作变得更为容易¨’J．由于闪耀光栅具有零级分光的特性，使得它的应用研究日益成为人们关注的焦点．文章在阐述闪耀光栅原理之后，介绍了目前国内外闪耀光栅在单色仪、精密测量、激光整形、显示技术、光通信等方面的应用情况【m’’’埘]，并就其未来的发展做了展望．[关键词]闪耀光栅；单色仪；MEMS；光开关[中图分类号]0436[文献标识码]A[文章编号]1673—8012(2008)01—0048—04硅微加工技术的迅速发展带动了微电子科学的进步．与微电子产品相兼容的集成化和微型化的产品不仅为传统的仪器及设备开拓了新的应用领域，而且出现了微机械、微光学等在技术上与硅微加工工艺相兼容的新学科．硅光栅在微观上的周期性、结构上的特殊性及其加工工艺的兼容性，使人们开始在硅基材料上试制光栅．1975年，WTang和SWang首次在其论文中报道了利用硅加工技术制作光栅的信息，从此，关于硅光栅的研究报道开始在相关文献中频频出现’，基于MEMS技术的闪耀光栅也在许多不同的领域得到广泛的应用．闪耀光栅是一种能将单个刻槽面衍射的中央极大和诸槽面间干涉零级主极大分开的相位光栅型．由于它具有零级分光和易满足缺级的特性，衍射效率很高；根据二元光学元件理论计算，当光栅一个周期内台阶的数目为8时，在衍射的+1级次，其衍射效率可以到达95％L21．现在，闪耀光栅在测量、显示、通信、激光束整形等领域已经得到广泛应用．1闪耀光栅原理闪耀光栅的刻槽面与光栅面不平行，两者之间有一夹角(称为闪耀角)，从而使单个刻槽面(相当于单缝)衍射的中央极大和诸槽面间(缝间)干涉零级主极大分开，将光能量从干涉零级主极大，即零级光谱，转移并集中到某一级光谱上去，实现该级光谱的闪耀]．光栅干涉主极大方向是以光栅面法线方向为其零级方向，而衍射的中央主极大方向则是由刻槽面法线方向等其它因素决定【3J．闪耀光栅的光强分布公式为_4j：，：losinc2(){inc[Ⅳ(一m)]}z，1Tm⋯1Tm=1，2，3．(1)其中，=2laXd(、sin／3+sin0)，m=1，2，3；(2)Aq,=[sin(一)一sin(／3一)]，m=^1，2，3．(3)Ot为闪耀角，卢为人射角，0为衍射角，d为光栅常数，Ⅳ为缝数，m为衍射级．闪耀光栅的光栅方程为_4J：2dsinotcos(Ot一卢)=mA，m=1，2，3．(4)闪耀光栅的衍射由人射角卢、衍射角0及波长A决定．闪耀光栅的干涉由闪耀角Ot、人射角JB及波长A决定．显然，闪耀光栅的干涉与衍射由不同的因素决定．}[收稿日期】2007一l1—06[基金项目】重庆市自然科学基金资助项目(CSTC，2007BB2202)．[作者简介】张发国(1981一)，男，江西东乡人，在读硕士研究生，从事光纤通信及宽带网络技术研究；喻洪麟(1954一)，女，重庆市人，教授，博士生导师，从事光电技术及系统、光学测量及光电信号检测等研究．48————————光行天下论坛：http://www.opticsky.cn————————2闪耀光栅的应用2．1光栅单色仪精密光栅单色仪是扫描式发射光谱仪器的关键光学部件，同时也是一种光电一体化的分光仪器．光栅单色仪利用闪耀光栅作为分光元件，将入射的复色光分解为分布于全波段的可供任意选择的光谱宽度很窄的单色光．其突出的优点是波段的范围宽广，在全波段色散均匀，单色光的波长可以达到非常准确的程度．光栅单色仪的用途主要有两方面：一是从复色光源中提取单色光，二是测量复色光源的光谱．单色仪的研究目的包括物质的辐射特性，光与物质的相互作用，物质的结构(原子、分子能级结构)，遥远星体的温度、质量、运动速度和方向．它的应用范围非常广，可以用于采矿、冶金、石油、机器制造、纺织、农业、食品、生物、医学、天体与空间物理(卫星观测)等等．单色仪由光源和照明系统、分光系统和接收系统三部分组成，如图1．由光源发出的复合光通过入射狭缝Sl照射到准直镜M1后，变成平行光束，再投射到光栅G上．由光栅G色散后，经...