基于光学超晶格电光效应的Talbot效应研究

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:winqstrong
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衍射光学由于具有众多优秀的特性,是在光学元件的设计和制作中经常被用到的理论。光学阵列分束器就是一种基于衍射光学的原理设计而成的器件,它最主要作用是将一束单一光束分裂成多束,或者是将光束分裂成具有一定特殊图像的阵列光束的特殊器件。基于衍射现象制成的光学阵列分束器具有体积小和效率高的特点,这类阵列分束器现已经广泛应用于光刻技术、激光阵列发生器、偏振分离等技术领域。本文使用了具有较大的电光系数的周期性极化铌酸锂(Periodicallypoled lithium niobate, PPLN)这种光学超晶格结构晶体;PPLN晶体是一种周期性畴反转结构,在对其施加z向电压时,由于铁电畴反转的存在,正畴与负畴在外加电场的作用下对通过其中的光束将有不同的折射率变化,进而造成光束相位的周期性不同,从而可以形成具有周期性结构的相位光栅。所有的周期性光栅都存在Talbot效应,我们所使用的超晶格相位光栅在不同的Talbot距离或者不同的外加电场下,其自成像光场强分布将得到人为调控,从而制成一种衍射光强度分布可调的矩形相位阵列分束器。本文从理论和实验上记录了这种分束器在不同条件下得到的光场强分布并进行研究与对比,理论与实验现象基本吻合。相对于其他电光调制的相位阵列分布器,基于这种特殊的光学超晶格晶体制成的阵列分束器具有体积小、重量轻,易于集成等等众多的优点;相对于振幅型衍射光栅阵列分束器,相位型光栅具有更高的效率,其分束效率理论上可以达到100%,而且具有较高的光强度分布分辨率;同时,由于PPLN电光效应的存在,这种相位光栅的透射系数可由电压进行调制,从而调节外加电场或衍射距离的大小,可得到灵活多变的衍射光强度分布;本文所研究的阵列分布器使用更小的外加电压可达到相同相位调制下的场强分布图像;同时在理论上记录一种可获得宽度极细的周期矩形光束的方法;最后,第一次研究了入射角度对Talbot自称像光强分布的影响,记录了两个不同角度时获得的周期减半与啁啾型光场强分布的有趣图像。这些研究将会使Talbot效应和激光阵列分束器的应用拓展到更加广泛的领域。
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