衍射光相位可控的二維達(dá)曼光柵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種衍射光學(xué)元器件，特別是一種衍射光相位可控的二維達(dá)曼光柵。
【背景技術(shù)】
[0002] 達(dá)曼光柵是一種能將單一光束分成若干等強(qiáng)度光束的衍射光學(xué)元件，由于其制作 簡(jiǎn)便衍射效率高，在并行刻寫、圖像復(fù)制等領(lǐng)域發(fā)揮著重大作用。然而，相干通信及相干檢 測(cè)技術(shù)的發(fā)展對(duì)分束的光波提出了更高的要求，不僅要求強(qiáng)度相等，而且相位值也相同或 呈二值分布。
[0003] 專利（CN102360091B)針對(duì)上述要求提出了等位相等光強(qiáng)分束達(dá)曼光柵及制備方 法，該技術(shù)在傳統(tǒng)達(dá)曼光柵設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對(duì)衍射光的相位進(jìn)行了約束，實(shí)現(xiàn)了將單一波長(zhǎng) 的入射平面波在遠(yuǎn)場(chǎng)分成若干等相位等光強(qiáng)的光束。但該技術(shù)只針對(duì)一維的達(dá)曼光柵進(jìn)行 設(shè)計(jì)，當(dāng)分束的數(shù)目較大時(shí)，由于衍射光只在一維方向上排列，占用空間較大，使得系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)較大，整體裝置笨重。雖然可以通過疊加兩個(gè)一維的光柵形成可分離二維達(dá)曼光柵以解 決上述問題，但此類二維光柵的衍射效率較低，因?yàn)槠湫蕿閮蓚€(gè)一維光柵效率的乘積。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種衍射光相位可控的達(dá)曼光柵，該達(dá)曼光柵在單色平面 光波的照射下可使得二維分布的若干束等強(qiáng)度衍射光相位至多為2階，極大地方便了相干 通信及相干檢測(cè)等技術(shù)的相位匹配過程。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：
[0006] -種衍射光相位可控的二維達(dá)曼光柵，其特點(diǎn)在于構(gòu)成是把每一個(gè)光柵周期分為 N*M個(gè)矩形單元，其中N和M均為整數(shù)；該光柵分束陣列定義為一個(gè)矩形的光束陣列分布， 其中列方向的光束數(shù)目為該光柵在X方向上的分束比，行方向光束數(shù)目為該光柵在y方向 上的分束比；
[0007] 當(dāng)分束陣列為（2L+1)*(2K+1)時(shí)，所需的衍射級(jí)次的光強(qiáng)I(fl，fk)均相等，其中 fl表示沿X軸方向上的衍射級(jí)次，fk表示沿y軸方向上的衍射級(jí)次，I (fl, fk)表示沿X軸 衍射級(jí)次為fl同時(shí)沿y軸衍射級(jí)次為fk的光強(qiáng)，1的取值范圍為[-L，L]的整數(shù)，k的取值 范圍為[_K，K]的整數(shù)；
[0008] 當(dāng)分束陣列為（2L+1M2K)時(shí)，所需的衍射級(jí)次的光強(qiáng)I(fl，fk)均相等，1的取 值范圍為[-L，L]的整數(shù)，k的取值范圍為[-2K+1，2K-1]的奇數(shù)；
[0009] 當(dāng)分束陣列為（2LM2K+1)時(shí)，所需的衍射級(jí)次的光強(qiáng)I(fl，fk)均相等，1的取 值范圍為[-2L+1，2L-1]的奇數(shù)，k的取值范圍為[-K，K]的整數(shù)；
[0010] 當(dāng)分束陣列為（2L)*(2K)時(shí)，所需的衍射級(jí)次的光強(qiáng)I(fl，fk)均相等，1的取值 范圍為[-2L+1，2L-1]的奇數(shù)，k的取值范圍為[-2K+1，2K-1]的奇數(shù)；
[0011] 所需的衍射級(jí)次的相位為〇或π，該二維光柵兩個(gè)方向上的周期均已歸一化，一 個(gè)周期的相位延遲A(n，m)的值采用全局優(yōu)化算法進(jìn)行編程優(yōu)化算，其中（n，m)表示矩形 單元在該光柵周期中的坐標(biāo)，η表示X軸上的坐標(biāo)，m表示y軸上的坐標(biāo)，η的取值范圍為 [1，Ν]的整數(shù)，m的取值范圍為[1，Μ]的整數(shù)，每個(gè)單元的相位延遲A(n，m)的值二值化，為 1或?yàn)閑xp (i Θ )，當(dāng)該單元值為1時(shí)表示該矩形單元對(duì)入射光相位延遲為〇,當(dāng)該矩形單元 值為exp (?θ)時(shí)，該單元對(duì)入射光相位延遲為Θ ;遠(yuǎn)場(chǎng)衍射光的復(fù)振幅表達(dá)式為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種衍射光相位可控的二維達(dá)曼光柵，其特征在于構(gòu)成是把每一個(gè)光柵周期分為 N*M個(gè)矩形單元，其中N和M均為整數(shù)；該光柵分束陣列定義為一個(gè)矩形的光束陣列分布， 其中列方向的光束數(shù)目為該光柵在x方向上的分束比，行方向光束數(shù)目為該光柵在y方向 上的分束比； 當(dāng)分束陣列為（2L+1)*(2K+1)時(shí)，所需的衍射級(jí)次的光強(qiáng)I(fl，fk)均相等，其中fl表 示沿x軸方向上的衍射級(jí)次，fk表示沿y軸方向上的衍射級(jí)次，I(fl，fk)表示沿x軸衍射 級(jí)次為fl同時(shí)沿y軸衍射級(jí)次為fk的光強(qiáng)，1的取值范圍為[-L，L]的整數(shù)，k的取值范圍 為[-K，K]的整數(shù)； 當(dāng)分束陣列為（2L+1)*(2K)時(shí)，所需的衍射級(jí)次的光強(qiáng)I(fl，fk)均相等，1的取值范 圍為[-L，L]的整數(shù)，k的取值范圍為[-2K+1，2K-1]的奇數(shù)； 當(dāng)分束陣列為（2L)*(2K+1)時(shí)，所需的衍射級(jí)次的光強(qiáng)I(fl，fk)均相等，1的取值范 圍為[-2L+1，2L-1]的奇數(shù)，k的取值范圍為[-K，K]的整數(shù)； 當(dāng)分束陣列為（2L)*(2K)時(shí)，所需的衍射級(jí)次的光強(qiáng)I(fl，fk)均相等，1的取值范圍 為[-2L+1，2L-1]的奇數(shù)，k的取值范圍為[-2K+1，2K-1]的奇數(shù)； 所需的衍射級(jí)次的相位為0或，該二維光柵兩個(gè)方向上的周期均已歸一化，一個(gè)周 期的相位延遲A(n，m)的值采用全局優(yōu)化算法進(jìn)行編程優(yōu)化算，其中（n，m)表示單元在該光 柵周期中的坐標(biāo)，n表示x軸上的坐標(biāo)，m表示y軸上的坐標(biāo)，n的取值范圍為[1，N]的整數(shù)，m 的取值范圍為[1，M]的整數(shù)，每個(gè)單元的相位延遲A(n,m)的值二值化，為1或?yàn)閑xp(i0 )， 當(dāng)該單元值為1時(shí)表示該單元對(duì)入射光相位延遲為0,當(dāng)該單元值為exp(i0 )時(shí)，該單元對(duì) 入射光相位延遲為0 ;遠(yuǎn)場(chǎng)衍射光的復(fù)振幅表達(dá)式為：
由此得出每個(gè)衍射級(jí)次的光強(qiáng)為： 其中，壙心fk)表示T(f\，fk)的復(fù)共軛； 每個(gè)衍射級(jí)次的相位為：
其中，Imag{?}表示取虛部，Real{?}表示取實(shí)部。
【專利摘要】一種衍射光相位可控的二維達(dá)曼光柵，將一個(gè)周期分為許多相同的矩形單元，通過優(yōu)化各個(gè)矩形單元的相位延遲來獲得所需要的遠(yuǎn)場(chǎng)衍射光分布。特別的，所述單元的相位延遲是二值分布的，所述的衍射光相位可控的二維達(dá)曼光柵能使單色平面波在遠(yuǎn)場(chǎng)形成特定衍射級(jí)次的衍射光光強(qiáng)相等。本發(fā)明一方面可以大幅度提高衍射光的效率,另一方面還可以實(shí)現(xiàn)分束不同級(jí)次之間的二元相位控制，在相干通信和相干檢測(cè)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
【IPC分類】G02B5-18
【公開號(hào)】CN104777538
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510174137
【發(fā)明人】盧炎聰, 周常河, 余俊杰, 賈偉, 李樹斌, 李燕陽, 王津, 項(xiàng)長(zhǎng)鋮
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
【公開日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年4月14日