局域光折變體光柵及其在超短脈衝整形中的套用研究

項目摘要

實現光學器件的小型化和三維集成具有重要的套用前景。本項目提出一種基於光折變局域體全息光柵的新型超短脈衝整形器件，同時具備空間垂直轉向傳播和濾波整形兩種功能，尤其適用於三維集成和光互聯領域。採用兩束記錄光垂直正交入射的全息記錄方式，在一塊光折變鈮酸鋰晶體平板內記錄形成局域體全息器件，其結構簡單，抗干擾能力強。針對光折變局域體全息器件設計和套用的關鍵問題，從理論和實驗上開展深入的研究，研究內容包括：（1）建立包含雙波長雙中心，雙波長缺陷中心，光束耦合，有限尺度全部效應在內的非揮發光折變效應的動力學理論模型；（2）光折變局域體光柵的衍射特性分析，獲得衍射光束高光束質量的最最佳化參數；（3）光折變體全息脈衝整形器件的設計和實驗驗證。本項目的研究結果將對光折變體全息器件向實用化推進，發展具有特殊功能的局域體全息光學元件的集成及套用有很大的參考價值。

結題摘要

製作小型化和全光化的光集成系統因其在光學信息處理和雷射通信領域中巨大的潛在套用而倍受關注。在單塊光折變晶體材料中，製作不同性質的若干個分立的局域體全息，通過衍射光的互聯實現基於單塊晶體的微小三維光學集成系統，是一個非常有科學價值的研究課題。圍繞本項目的研究內容，我們研究了包含多種效應在內的描述摻雜鈮酸鋰晶體中光折變局域體全息的動力學過程，進行了數值計算分析；研究了局域光折變體全息的脈衝衍射特性；設計了三種基於體全息光柵的脈衝整形裝置；在掃描光束邊瓣抑制技術和全息加密套用方面開展了探索工作。主要內容和研究結果如下：（1）研究了包含雙波長雙中心，光束耦合，光柵有限尺度等效應在內的非揮發光折變效應的動力學理論分析,完成了數值計算程式的最佳化；（2）研究了局域光折變體全息的脈衝衍射特性。基於二維耦合波理論，研究了Sech波前分布的超短脈衝雷射通過局域的體全息光柵的衍射特性。對比了Gauss, Lorentz, Sech三種波前分布的超短脈衝雷射光束對光柵衍射特性的影響；分析了啁啾脈衝雷射通過周期性分層體全息折射光柵的衍射特性，討論了啁啾脈衝雷射的結構參量，及分層體光柵的各項參量對衍射光強分布和衍射效率的影響，利用分層體全息光柵可靈活實現超短啁啾脈衝光束的整形。（3）設計了三種基於體全息光柵的脈衝整形裝置。提出了一種頻率線性啁啾脈衝分束與整形裝置，該方案將復用體全息光柵與整形體全息光柵都集成於單塊光折變晶體平板內，結構緊湊，穩定可靠，可對一般啁啾脈衝雷射實現頻移和整形；還提出了一種可調諧環形腔脈衝濾波整形裝置，其基本原理是由五個垂直記錄結構的局域體光柵形成可調諧環形腔，通過精密調節局域體光柵之間的隔離層厚度，實現對脈衝雷射的可調諧濾波整形；此外，還提出了一種將高斯脈衝光束整形為平頂光束的光折變全息平板裝置，該全息平板由兩束90度角記錄光束干涉形成，在記錄過程中利用計算機控制空間光調製器對其中一路光束進行振幅調製，通過光折變體全息光柵實現高斯脈衝讀出光束中心波長的平頂整形。（4）在掃描光束邊瓣抑制技術和全息加密套用方面開展了探索工作。提出了一種基於振幅和相位的混合調製的高精度光學相控陣光束轉向技術，該方法能將衍射光束的旁瓣相對光強由80%降低到20%；提出了一種基於菲涅耳望遠鏡成像技術的全息掃描加密和解密技術，數值研究和實驗研究的結果證實了方案的可行性；提出了一種基於角度

局域光折變體光柵及其在超短脈衝整形中的套用研究

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