闪耀光栅原理及其应用

自然辩证法

２００８年２月重庆文理学院学报（自然科学版）

Ｆｅｂ．。２００８

第２７卷第１期

Ｊｏｕｒｎａｌ

ｏｆＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ

Ａｒｋ，；ａｎｄ．Ｓｃｉｅｎｃｅｓ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ

Ｅｄｉｔｉｏｎ）

ＶｏＬ２７Ｎｏ．Ｉ

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４０００４４）

［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¨’圳．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【５’６’１０ｍ １６Ｊ８一冽，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间）干涉零级主极大分开，将光能量从干涉零级学的进步．与微电子产品相兼容的集成化和微型主极大，即零级光谱，转移并集中到某一级光谱化的产品不仅为传统的仪器及设备开拓了新的上去，实现该级光谱的闪耀旧Ｊ．

应用领域，而且出现了微机械、微光学等在技术光栅干涉主极大方向是以光栅面法线方向上与硅微加Ｔ工艺相兼容的新学科．硅光栅在微为其零级方向，而衍射的中央主极大方向则是由观上的周期性、结构上的特殊性及其加工工艺的刻槽面法线方向等其它因素决定”ｊ．兼容性，使人们开始在硅基材料上试制光栅．闪耀光栅的光强分布公式为Ｍ】：

１９７５年，ＷＴａｎｇ和ＳＷａｎｇ首次在其论文中报道了利用硅加Ｔ技术制作光栅的信息，从此，关于，：，０。ｉｎｃ２（坐）｛“爹。ｉｎｃ［Ⅳ（竽一ｍ）］｝：，

１Ｔ

ｍ＝一∞

‘１１

硅光栅的研究报道开始在相关文献中频频出ｍ＝ｌ，２，３．

（１）

现¨’１５｜，基于ＭＥＭＳ技术的闪耀光栅也在许多不，＇一

同的领域得到广泛的应用．

其中，△妒＝兰｝ｄ（ｓｉＨｐ＋ｓｉｎ０），，竹＝１，２，３；

＾

闪耀光栅是一种能将单个刻槽面衍射的中（２）

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邸＝竿［ｓｉｎ（ａ一日）一ｓｉｎ（ｆｌ—ａ）］，ｍ＝

＾

性，衍射效率很高；根据二元光学元件理论计算，ｌ，２，３．

（３）

当光栅一个周期内台阶的数目为８时，在衍射的ａ为闪耀角，口为人射角，０为衍射角，ｄ为光栅＋１级次，其衍射效率可以到达９５％［２１．现在，闪常数，Ⅳ为缝数，ｍ为衍射级．耀光栅在测量、显示、通信、激光束整形等领域已闪耀光栅的光栅方程为”】：

经得到广泛应用．２ｄｓｉｎａｃｏｓ（口一ｐ）＝ｍＡ，ｍ７＝１，２，３．（４）１闪耀光栅原理

闪耀光栅的衍射由入射角口、衍射角０及波闪耀光栅的刻槽面与光栅面不平行，两者之长Ａ决定．闪耀光栅的干涉由闪耀角ａ、入射角间有一夹角（称为闪耀角），从而使单个刻槽面卢及波长Ａ决定．显然，闪耀光栅的干涉与衍射（相当于单缝）衍射的中央极大和诸槽面间（缝

由不同的因素决定．

［收稿日期】２００７—１ｌ一０６

【基金项目】重庆市自然科学基金资助项目（ＣＳＴＣ，２００７８１３２２０２）．

【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

万　

方数据

自然辩证法

２闪耀光栅的应用

２，ｌ

等＂柚】．下面介绍位移测量和转角测量．

光栅位移测量技术是以光概相对移动新形成的莫尔条纹信号为测鼍对象，对此信号进行一系列的处理，Ｂ｜ｌ可获得光栅相对移动的位移羹，将光栅位移传感器和电子自动化技术相结台，进行线形位移量的测量，实现较高的测量精度一，．

转角测量原理如图２所示．在楔形玻璃平扳上刻划线性反射式闪耀光栅，适当设计光栅常数

光栅单色仪

精密光栅单色仪是扫描式发射光潜仪器的

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．它的应用范嗣非常广，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ｌ，由光源发出的复合光通过入射狭缝Ｓ１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，经聚焦镜Ｍ２成像在出射狭缝Ｓ２处．当精密机械传动系统按一定方向转动光栅时，就可以在

ｓ２处得到不同波长的单色光柬．光被光电倍增

管接收，得到光强度信号”’６Ｊ。

Ｓｌ

Ｍ２：反光镜非仃：光电倍增管圈ｌ

单色仪的结构和原理

精密测量

光栅作为精密测量的一种工具，由于它本身晦优点，已在精密仪器、坐标测量、精确定位

ｋ领域得到了广泛的应用＋闪耀光栅可用于

目量、转角测量、光学兰维测量、温度测量

万　

方数据干涉仪模块

豳２测量装置原理圈

半导体激光器列阵的光束整形是通过光束利用不同闪耀角的二维闪耀光栅，对除中心可使某级衍射光沿原路返回．这样，当光栅楔形

平板绕中心轴旋转时，该级衍射光线的方向始终

保持不变，而其他级次的衍射光线呈圆锥形旋

转。控制光栅的闪耀角，使第ｍ衍射级发生在最大光强方向上，这样就可以充分利用ｍ级衍射光的能量，并提高灵敏度，其他级次的衍射光线在测量中可以不予考虑．测量时，通过转动楔形平板改变光束的光程，干涉测量中光程的变化通常对应着转角的变化一】．

２．３激光整形

重排来实现的，即把准盔后的激光束在慢轴方向分割成若干段，再让这些子光束在快轴方向熏新排列形成对称的光场分布．这样，慢轴方向由予光束尺寸减小了，所以光参数积也减小了．对舆

型的线阵激光器，准直后的激光束为一条绑线，若把光束在慢轴方向分割成Ⅳ段，则整形后幔轴方向的光参数积将减小为１／Ｎ，快轴方向的光参数积相应增大Ⅳ倍，从而使得两个方向上的光束质量较为均衡Ｉｌ引．

光束外的光束进行偏转，即使得这些光束在慢轴方向向着系统的光轴方向偏转，在快轴方向向远

自然辩证法

离系统光轴的方向偏转．通过控制各光束的偏转角度，我们可以使得各光束经过一段距离的传输后在慢轴方向重叠，在快轴 …… 此处隐藏：1946字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……