偏振无关透射光栅的研究

发布时间：2020-08-05 16:04

【摘要】：随着激光技术的不断发展,高色散和高衍射效率的衍射光栅作为激光脉冲压缩,激光选频,光谱合束等技术中的核心器件,被广泛地应用于高功率激光系统中。在激光光谱合束系统中,光栅的偏振无关性有利于简化系统结构,提高系统的输出能力,因此高效率的偏振无关光栅在近年来备受关注。当入射光为非偏振光时,光栅的衍射效率如果与偏振相关,会影响衍射光总的衍射效率和偏振状态。熔石英透射式光栅具有大宽带、高衍射效率、高损伤阈值等特性,并且相较于反射式光栅具有光路无遮挡的优点。本论文开展的偏振无关透射光栅设计与研制工作,对提高激光器系统的输出功率以及改善非偏激光入射时光学器件的工作稳定性具有重要意义。本论文的主要研究工作如下:(1)基于严格耦合波理论给出了TE、TM两种偏振态下衍射效率的计算公式,编写了光栅的衍射效率计算机程序,用于相位型浮雕光栅的结构设计;(2)光栅材料选用熔石英,综合考虑了TE波、TM波入射的情况,计算了不同占空比,槽深和空频下的-1级透射衍射效率,通过分析相关结构参数,选择出合适的空频,开展研究工作。以中心波长处的Littrow角入射,将光栅槽型分矩形和梯形两种情况进行分析,对于矩形光栅,研究了衍射效率随槽深和占空比的分布;对于梯形光栅,在不同的底角下,研究了衍射效率随槽深和下底占空比的分布,最终得到了光栅衍射效率的最优解。在已优化结果的基础上,对石英光栅的工艺容差进行了分析,以中心波长处TE波和TM波的-1级衍射效率均大于95%为约束条件,搜索满足条件的槽深和占空比范围,确定用于制作的石英光栅参数;(3)以石英为基底,进行了TiO_2/SiO_2双层介质透射式光栅的探索。对不同空频下的双层光栅结构进行了优化,通过对比选择了合适的Ti O2与Si O2刻蚀深度,完成了相关的双层透射光栅设计。最后分析了影响所设计双层介质光栅衍射效率的主要因素;(4)开展了熔石英透射光栅的实验研究。完成了940lines/mm石英光栅的相关测试,光栅的衍射效率与理论分析相符。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN24
【图文】：

原理图,啁啾脉冲放大,原理图

章绪论偏振无关透射光栅的光束质量的超短脉冲激光。CPA 基本原理如图 1-1 所示。短脉冲激光振荡器输脉冲，先经过展宽器将飞秒脉冲激光的脉冲宽度在时域上展宽 103-105倍，该产生一定的正色散，进而带来群速度的延迟，导致单脉冲中的长波部分与短波输的时间差被拉大，脉宽被展宽至 ps 甚至 ns 量级，因而降低了脉冲的峰值功后，将得到的宽脉冲导入系统中的功率放大器，此时脉冲可以在不损坏元件的提取更多的能量，实现能量的放大。最后，放大的宽脉冲被导入脉宽压缩器实压缩，压缩过程与展宽过程相反，会提供负色散，进行色散的补偿，使超短脉缩回飞秒量级。该方法一方面实现了飞秒脉冲能量的放大，另一方面也避免了值功率导致的非线性效应。

原理图,选频,外腔,光栅

压缩光栅按工作方式可分为反射式和透射式。其中反射式主要分为两和多层介质膜结构。镀金光栅带宽大，可实现最高 95%的衍射效率，的热效应会降低衍射效率，同时还存在热吸收现象，使得损伤阈值降低膜光栅因能实现更高的衍射效率，同时具有更高的损伤阈值而得到广但是带宽都比较小，一般小于 100nm。透射式光栅由透射材料表面刻成，具有大带宽、高衍射效率、高损伤阈值[15,16]，但在超短超强脉冲基板厚度过大时容易产生非线性光学效应。随着制备水平的不断提高来，透射光栅在脉冲压缩系统中的应用将会受到越来越多的重视。光选频方面，光栅可用于各类可调谐激光器。其中外腔半导体激光器、波导滤波器、干涉滤光片、衍射光栅等光学反馈元件组成外腔，通的位置对波长进行调谐。衍射光栅因具有结构简单、容易调谐、输出被应用于许多选频系统。

光栅,光谱,工作原理图,衍射光

偏振无关透射光栅的研究第一章绪论在光谱合束系统中，色散元件决定了合束的成败。相较于棱镜，光栅的色散本领更强、衍射效率更高。对应用于 SBC 系统的衍射光栅而言，需要在某一衍射级次集中衍射光的绝大部分能量，同时还可以分辨出特定的波长。为了使光谱合束的效率最大化，系统中使用的光栅应为一阶衍射光栅，且在中心波长处的入射光方向和衍射光方向相对于光栅应呈 Littrow 结构。

【参考文献】