基于中阶梯光栅的可调谐激光器结构设计

发布时间：2021-04-03 00:26

　　可调谐激光技术在光通信、光传感、激光雷达、激光医学诊疗、生态学和环境科学等领域具有重要而广泛的应用价值,是激光和光电子技术的一个重要研究方向。通过采用新颖的技术手段和结构设计实现输出激光波长的大范围高精度快速程控调谐对于构建智能化的光学系统、拓展可调谐激光器的应用领域和适用场景具有十分重要的意义,是当前可调谐激光器技术的主要发展方向之一。本文在深入研究了基于中阶梯光栅和数字微镜器件（DMD）的高精度可调谐光学滤波系统的基础上,提出了一种基于中阶梯光栅的可调谐激光器设计方案,并针对三个在通信和传感领域较为重要的光谱区域应用ZEMAX软件对相应的光学滤波系统进行了数值仿真和优化设计。论文所完成的主要工作如下:1.应用菲涅尔-基尔霍夫衍射理论对中阶梯光栅的衍射特性进行了分析和研究。分析了中阶梯光栅的单槽衍射和多槽干涉因子,得到了中阶梯光栅的衍射图样,并用实验结果对分析模型的正确性进行了验证。2.对基于中阶梯光栅和数字微镜器件（DMD）的高精度可调谐光学滤波系统组成及其工作机理进行了分析与研究,详细分析了系统中辅助色散元件和数字微镜器件的光学衍射特性及其对光学滤波系统的影响。3.提出了一种基于... 

【文章来源】：中央民族大学北京市 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：57 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－丨中阶梯光柵主截面示意图??在实际的光路中，入射角的选择和与衍射角的关系主要有以下三种情况：（ｌ）ａ＞０Ｂ＞ｐ，??＝＝＝－

丫，称为离轴角。入射光线在光栅主截面内的投影与光栅的法线的夹角为闪耀角，这种锥??形衍射称为准Ｌｉｔｔｒｏｗ条件。这种光路结构光栅衍射效率较高且光学元件摆放方便。??图１－２中阶梯光柵三维结构图??１．２．２中阶梯光栅的应用研究进展??中阶梯光栅由于其独特的优势广泛应用在光谱仪等一些分光元件中。１９８８年美国的??黎曼公司最早使中阶梯光栅光谱仪商用化。随后Ａｎｄｏｒ公司推出Ｍｅｃｈｅｌｌｅ新型多通道??光谱仪［１６］，如图１－３所示。入射光通过入射狭缝，经过准直透镜和校正透镜整形与准直??并先后进入双棱镜和中阶梯光栅交叉色散（双棱镜作为辅助色散元件进行横向色散使中??阶梯光栅的衍射级次不发生重叠，中阶梯光栅则进行纵向色散）形成二维谱图后聚焦到??ＣＣＤ探测器像面上。相较于一般的凹面光栅光谱仪，中阶梯光栅光谱仪的分辨率较高，??相对孔径变大，可实现全波闪耀，灵敏度，精度和响应速度都得到了很大的改善，同时??结构摆放紧凑，便于维护和携带。??４??

准直透镜?梯光栅??校正透镜（专利设计）ｋ、ｉｆｅ，／?成像探测器??Ａ／Ｖ??入射狭缝?双梭镜（专利设计）??图１－３?Ｍｅｃｈｅｌｌｅ光谱仪结构示意图??近几年来，我国也在致力于中阶梯光栅光谱仪的科学研宂，并有其新颖创新的地方??所在，尤其是中科院长春光学精密机械与物理研宄所。如图１－４所示为光机所提出的一??种轻小型中阶梯光栅光谱仪１｜７】，采用Ｃ－Ｔ结构有效的平衡了各种像差，并分析了针孔、??中阶梯光栅、探测器ＣＣＤ这三个影响光谱分辨率的主要因素。其分辨率可以达到〇．〇３８ｎｍ，??并充分体现了其轻小型和便携的优势。??柱面镜??Ｓｆｌ??图１－４轻小型中阶梯光栅光谱仪??同时光机所也提出了一种基于数字微镜（ＤＭＤ）的中阶梯光栅光谱仪［１８】如图１－５所??示，在光谱仪中所需要的紫外二维面阵ＣＣＤ探测器要具有制冷功能才可能应用在化学??５??


本文编号：3116246