等位相等光強分束達曼光柵及其製備方法

2023-07-24 15:16:01

專利名稱：等位相等光強分束達曼光柵及其製備方法
技術領域：
本發明涉及衍射光學元器件，特別是一種能得到等位相等光強衍射譜點的分束光柵及其製備方法，即等位相等光強分束達曼光柵及其製備方法，它能實現將單一波長的入射平面光波在遠場分成若干等位相等光強分布當分束比為偶數時，無零級衍射，所需各正負衍射級次光強相等且位相值分別為符號相反的同一位相值；當分束比為奇數時，所需各衍射級次光強相等，零級衍射位相值為0或者η，正負衍射級次位相值分別為符號相反的同一位相值。
背景技術：
在光纖通信、光計算、圖像處理和光碟存儲等眾多技術領域中，經常要求將單一信號的輸入轉變成多信號的輸出，光學分束器件可以實現上述要求。實現光學分束的方法很多，基於夫琅和費衍射原理設計的達曼光柵OLDammarm，K. G5rtler. High-efficiency in-line multiple imaging by means of multiple phase holograms[J]. Opt. Commun., 1971,3(5) :312-315)因效率高，光束分布均勻性不受入射光強分布影響等優點成為目前最有效的分束器件之一。達曼光柵是一種空間調製二值位相型衍射光柵，其對入射光波產生的夫琅和費衍射圖樣為一定點陣數目等光強光柵。達曼光柵具有以下優點首先，它是一種位相型光柵， 衍射效率高；其次，它的位相值是二值的，便於利用常規大規模集成電路技術進行加工；最後，它是一種夫琅和費衍射型器件，其光束均勻性不受入射光強影響。基於以上優點，達曼光柵成為一種常用的分束器件。對於傳統的達曼光柵，在優化過程中，僅要求各衍射級次光強相等，而對於光束的位相值沒有要求，所以其遠場所得光束位相值各不相同(H. Dammann, E. Klotz. Coherent Optical Generation and Inspection of Two-dimensional Periodic Structures[J] Journal of Modern Optics,1977,24(4) :505-515 禾口 A. Yan， L.Liu, E.Dai et al.. Simultaneous beam combination and aperture filling of coherent laser arrays by conjugate Dammann gratings [J]. Opt. Lett. , 2010, 35 (8) :1251-1253)。相干通信及相干檢測技術的發展對光束的位相值提出了更高的要求。本文在等光強的約束條件下，加入了等位相值的約束，得到了等位相等光強分束達曼光柵。

發明內容
本發明的目的在於提供一種等位相等光強分束達曼光柵及其製備方法，該達曼光柵在單色平面波的照射下可在遠場得到僅有兩個位相值的偶數或者有三個位相值的奇數等光強光斑陣列分布的多光束，且各所需光束光強及位相值均勻度優於10-5。本發明的具體技術解決方案如下—種等位相等光強分束達曼光柵，其特點是該光柵的每一個周期內，相鄰位相突變點之間的位相值相差η。同時，當分束比為奇數2Ν+1時，I0 = I±2 = Ii4 = K= Ι±2Ν，其零級光束位相值為％ = 0或％ = π，正衍射級次光束位相值均相等外=^4=K =^2n，負衍射級次光束位相值均相等且與正衍射級次光束位相值符號相反I2 =φ-4 =K =ι2Ν =-外，所有衍射級次光束位相值最多為3個不同的值；當分束比為偶數2Ν時，無零級衍射，Iil = Ii3 =K = I Hi1)，其正衍射級次光束位相值均相等夠=% =K =^1，負衍射級次光束位相值均相等且與正衍射級次光束位相值符號相反A1 =化3 =κ =Α2Ν+1 =_夠，所有衍射級次光束的位相值最多為2個不同的值，其中N為大於1的正整數。該光柵的參數採用遺傳算法進行計算機編程優化算出位相突變點的個數K，第k個突變點歸一化坐標為&，其中，k為1、 2、"HKjX0 = OjXim = L所述的位相突變點之間的位相是二值的，為0、π相間，所述的光柵的參數通過以下公式並應用計算機編程優化算出當分束比為偶數時設在0<χ<0.5之間有keven個突變點，則&_+1=0.5， 之一力民，且義^=^+。； Λ_+3=χ2+0.5，…，Xk-I =^even-I+0.5 ,χκ=χ,_+0.5, x〇一0，Χκ+ι — 1ο
權利要求
1.一種等位相等光強分束達曼光柵，特徵在於其構成是在該光柵的每一個周期內，相鄰位相突變點之間的位相值相差η，當分束比為奇數2Ν+1時，I0 = I±2 = Ii4 = K= Ι±2Ν, 其零級光束位相值為％ = 0或％ = π，正衍射級次光束位相值均相等，外=外=K = φ孤，負衍射級次光束位相值均相等且與正衍射級次光束位相值符號相反I2 =K =ι2Ν =-外， 所有衍射級次光束位相值最多為3個不同的值；當分束比為偶數2Ν時，無零級衍射，I±1 = Ii3 = K= 1±(21 )，其正衍射級次光束位相值均相等夠=% =K =^f1，負衍射級次光束位相值均相等且與正衍射級次光束位相值符號相反A1 =化3 =κ =Α2Ν+1 =_夠，所有衍射級次光束的位相值最多為2個不同的值，其中N為大於1的正整數，該光柵的參數採用遺傳算法進行計算機編程優化算出位相突變點的個數為K，第k個突變點歸一化坐標為&，其中，k 為 1、2、"HKjX0 = OjXim = Io
2.根據權利要求1所述的等位相等光強分束達曼光柵，其特徵在於所述的每一個周期內的位相突變點按下列規則設置當分束比為偶數ON)時設在0 < χ < 0. 5之間有k_n個突變點，則+1 = 0.5， 5keven+l = 1(，且\-+2 =^+0.5 ,xkem+3=x2+0.5，...， Χκ-ι=^νβ -ι +0.5 ,xK = ^even +0.5，X0 — 0，Χκ+ι — 1 『當分束比為奇數0Ν+1)時位相突變點個數為K，第k個突變點歸一化坐標為&，其中， k 為 1、2、"HKjX0 = OjXim = L
3.權利要求1所述的等位相等光強分束達曼光柵的製備方法，其特徵在於該方法包括下列步驟①根據分束光斑數目的要求2N或2N+1，選定需要製作的等位相等光強分束達曼光柵分束比為2N或2N+1 ；②採用遺傳算法對衍射效率η進行計算機編程優化，計算出等位相等光強分束達曼光柵的位相突變點的個數K和第K個突變點的歸一化坐標值&；③根據對光柵最小衍射角、製造精度等要求選取光柵周期長度，並根據相應位相突變點的歸一化坐標值&計算出實際位相板每一周期內的位相突變點的坐標值；④利用電子束直寫法製作母版；⑤通過接觸式光刻法，將母版圖案轉移到塗有光刻膠和鉻膜的光學玻璃；⑥利用溼法刻蝕方法，將圖案刻蝕到鉻層，最後刻蝕到光學玻璃上。
全文摘要
一種等位相等光強分束達曼光柵及其製備方法，該光柵的每一個周期內，相鄰位相突變點之間的位相值相差π，當分束比為奇數2N+1時，所需衍射級次光強相等且位相值僅為3個不同的值；當分束比為偶數2N時，無零級衍射，所需衍射級次光強相等且位相值僅為2個不同的值，其中N為大於1的正整數，該光柵的參數採用遺傳算法進行計算機編程優化算出位相突變點的個數為K，第k個突變點歸一化坐標為xk，其中，k為1、2、…、K-1，K，x0＝0，xk+1＝1。本發明可以在遠場得到僅有兩個位相值的等光強偶數陣列分布多光束輸出和僅有三個位相值的等光強奇數陣列分布的多光束輸出，各光束光強及位相值的均勻度優於10-5。
文檔編號G02B5/18GK102360091SQ20111029831
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月28日 優先權日2011年9月28日
發明者劉立人, 呂笑宇, 孫建鋒, 李兵, 閆愛民 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所