1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院，安徽 合肥 230026
3 合肥师范学院化学与制药工程学院，安徽 合肥 230601
植被日光诱导叶绿素荧光是一种可以表征植被光合生产力的重要衡量指标。为了实现对植被日光诱导叶绿素荧光的广域精准探测，设计并研制了一种叶绿素荧光高光谱成像探测仪。该成像探测仪使用了基于棱镜-体相位全息透射光栅的全透射式光学系统，在高数值孔径（0.25）的基础上实现了高光学性能：可在20°视场和670~780 nm（可扩展至650~800 nm）工作波段实现1 mrad的空间角分辨率、0.3 nm的光谱分辨率和优于100的信噪比。由系统设计结果、样机测试结果和应用数据分析结果可知，样机完全满足设计要求。本仪器可为农林监测和碳循环观测提供重要的科学数据，并可作为陆地植被光合作用中有效的新型观测手段。
植被观测 日光诱导叶绿素荧光 高光谱成像 体相位全息透射光栅 激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211016
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Luminescence and Applications, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Changchun University of Science and Technology, Changchun 130021, China
4 TRUMPF GmbH + Co. KG, Ditzingen 71254, Germany
We report a wavelength-tunable multi-point pump scheme of the semiconductor disk lasers (SDLs). By designing an external cavity of SDL with an intra-cavity transmission grating, multiple pump gain regions share the same resonator. The effect of the intra-cavity grating on the output laser power, wavelength, and beam quality was investigated. The emission wavelength could be tuned over a bandwidth of . With multi-point pumping, we achieve the laser output power with almost no loss, and further improvement is limited by the thermal effect. The changes in the beam are due to the mode selectivity by the intra-cavity grating.
semiconductor disk laser wavelength tuning transmission grating multi-point pump Chinese Optics Letters
2023, 21(2): 021401
1 中南民族大学激光与智能制造研究院，湖北 武汉 430074
2 中南民族大学电子信息工程学院，湖北 武汉 430074
透射式玻璃光栅可简化光学系统结构，降低调制难度和成本，在紧凑型微小型分光仪和光谱系统中应用广泛。因玻璃材料脆、硬等特点，传统加工技术已无法满足现代工业日益增长的需求。采用波长为1040 nm、重复频率为100 kHz、脉冲宽度为388 fs的飞秒激光刻蚀透射式石英玻璃光栅，重点研究了激光功率P、扫描速度v、重复扫描层数N对石英玻璃光栅刻痕宽度和深度的影响。此外，使用氦氖激光器（波长为632.8 nm）对已刻蚀石英玻璃光栅样品进行衍射效率测试，利用CCD记录光栅衍射图样，通过灰度重心法得到其衍射效率。在实验中，当激光功率为442 mW，扫描速度为380 mm/s，重复扫描层数为10时，刻蚀的光栅刻痕宽度d约为5.67 ，光栅周期D约为8.17 ，测得该石英玻璃光栅的0级、-1级和+1级衍射效率分别为24.98%、31.80%和31.04%。
飞秒激光加工 石英玻璃 透射式光栅 光栅衍射效率 激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0714006
1 华中科技大学光学与电子信息学院, 湖北 武汉430074
2 佛山根固激光科技有限公司, 广东 佛山528000
由于高功率半导体激光器具有能量转换效率高、稳定性好、工作寿命长、体积小等优异的特性, 已经被广泛地用于固态激光器泵浦源、金属表面改性、焊接加工等领域。本文对传统的单光栅光谱合束结构进行改进, 提出并设计了一种基于平行光栅-反射镜对结构的光谱合束系统。通过后置一个与透射光栅平行的全反镜让合束光束两次透过光栅进行衍射, 实现了合束单元间光谱间隔的压缩。搭建了半导体激光器外腔光谱合束实验平台, 将单光栅合束结构与平行光栅-反射镜对合束结构二者的输出光谱进行对比。在相同系统参数的情况下, 一个3管阵列与一个5管阵列在单光栅光谱合束结构下的光谱间隔分别为4.36 nm与4.69 nm, 而同样的阵列在平行光栅反射镜对的结构下测量的光谱间隔分别为2.15 nm与2.35 nm, 验证了平行光栅与反射镜对的结构相较于传统结构能够实现光谱间隔压缩一半, 可以在相同输出谱线宽度的范围内成倍增加发射单元的数量, 大大提高输出功率密度。
半导体激光器 光谱合束 平行光栅反射镜对法 外腔合束 diode lasers spectral beam combination the parallel transmission grating and reflector pa external cavity bundle
河南科技大学 机电工程学院, 河南 洛阳 471003
透射光栅副的Yaw向夹角误差是影响光栅信号质量的重要因素, 但现有的数学模型不能精确反映Yaw向夹角误差对光栅信号质量的影响规律。建立了同时考虑光电池性能参数、光电池安装位置、指示光栅与标尺光栅夹角误差等因素的光栅信号利萨如图形的数学模型, 研究了光栅副Yaw向夹角误差对利萨如图形形状的影响机理, 发现利萨如图形的离心率和倾斜程度与光栅副Yaw向夹角误差之间存在规律性的数学关系, 通过实测实验验证了该关系。数值仿真与实验测量得到的利萨如图形的离心率和倾角的相对误差分别小于1%和3%, 验证了数学模型的正确性和有效性。建立的数学模型和数值关系为光栅生产中的信号质量调整和运动部件(读数头)Yaw向运动误差实时监测和误差修正提供了理论基础。
透射光栅 夹角误差 利萨如图形 误差修正 离心率 transmission grating angle error Lissajous figure error correction eccentricity 光学 精密工程
2019, 27(10): 2154
三明学院 机电工程学院, 福建 三明 365004
先后采用平行光法和透镜成像法获得光斑, 比较这两种光斑对线阵CCD数据采集稳定性的影响。结果显示采用透镜成像法获得的光斑更窄、亮度更均匀、边界更清晰锐利, 线阵CCD数据采集的稳定性更高。提出了普通透光玻璃的拉丝形成抛物柱面透射光栅的模型, 解释了光斑出现明暗相间条纹和光斑波形上出现小峰的原因。小峰造成线阵CCD采集数据出现错误, 光斑像元值不稳定。采用光学玻璃作为透光玻璃, 消除了光斑波形上的衍射小峰, 有效地控制了光斑像元值的采集误差, 提高了测氧仪的稳定性和测量精度。
光学系统 磁动式测氧仪 抛物柱面透射光栅 干涉和衍射 optical system magnetomotive oxygen detector parabolic cylinder transmission grating interference and diffraction
长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
设计并制作了一种亚波长透射光栅,利用该光栅实现了半导体激光阵列光谱合束。基于严格耦合波理论,对光栅占空比、脊高和周期等进行了设计,模拟了不同结构参数对光栅衍射效率的影响,从而实现了光栅衍射效率的优化。理论计算表明,优化后的光栅对940 nm激光的-1级衍射效率可达92%。实验结果表明,激光阵列光谱合束后,输出功率为46.2 W,光束质量为3.9 mm·mrad。
光栅 光谱合束 透射光栅 激光二极管阵列 衍射效率 光学学报
2017, 37(10): 1005001
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
2 上海市现代光学系统重点实验室 教育部光学仪器与系统工程中心，上海 200093
3 上海光学仪器研究所，上海 200093
基于标量理论研究了不同槽形角，不同刻线密度的透射式闪耀光栅对使用波段的影响，推导了闪耀透射光栅的衍射光能量分布规律。分析证明了透射闪耀光栅在衍射能量最强方向上衍射光的衍射角与入射光的入射角之间的关系满足Snell定律。给出了入射角、衍射角与槽形角之间的关系式，研究了不同刻线密度和槽形角条件下衍射光能量分布的规律。对闪耀透射光栅进行了测量和比较，结果表明：已有闪耀透射光栅测量的结果与理论计算数据相吻合。制备了聚二甲基硅氧烷（PDMS）可调谐闪耀透射光栅，应用研究的理论公式测量了该闪耀透射光栅在拉伸与自由状态下的闪耀波长和光栅刻线密度，结果显示其波长测量误差在5 nm以内。拟合了光栅的等效槽形，验证了实时监测PDMS光栅槽形和刻线密度随拉力大小变化的规律。
透射光栅 闪耀光栅 衍射效率 闪耀角 闪耀波长 transmission grating blazed grating diffraction efficiency blazed angle blazed wavelength 光学 精密工程
2017, 25(12): 3012
长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
半导体激光器光谱合束技术能够实现近衍射极限的高功率激光输出, 已成为当前研究热点。衍射光栅的性能直接决定光谱合束的激光输出效果。模拟设计了一种针对940 nm波长、熔融石英材料的亚波长透射光栅。基于严格耦合波理论对光栅结构进行初步设计, 运用Rsoft软件依次对光栅占空比、脊高和周期等参数进行优化确定, 同时分析了各个参数对光栅衍射效率的影响。所设计的透射式光栅实现第-1级衍射级次的波分复用功能, 衍射效率达到91.2%(TE模式), 同时压缩其他衍射级次, 使其衍射效率降到1.2%以下。同时在光栅入射角度59°±3°范围内保持90%以上的衍射效率, 实现高功率激光输出的同时具有较高的误差容错率, 易于调节, 满足光谱合束技术的要求。
透射光栅 光谱合束技术 Rsoft软件 熔融石英 衍射效率 transmission grating spectral beam combining technique Rsoft software fused silica diffraction efficiency
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 等离子体物理重点实验室, 四川 绵阳 621900
二值化梯形透过率光栅是一种具有离轴衍射级次的二维光栅,其各衍射点光强信息和位置信息的确定对该新型光栅的实际应用具有重要意义。然而,目前尚无相关解析理论对其进行合理的描述。为了解决上述问题,通过二维傅里叶变换方法获得了该光栅各个衍射级次光强分布的解析表达式,并根据二维光栅的结构特征给出了在透射式和反射式情况下该光栅满足的光栅方程。这为该新型光栅的光线追迹计算打下了理论基础。最后,将解析表达式计算结果与采用X-Lab软件标量衍射模块计算的数值模拟结果进行比较,验证解析理论的正确性。
梯形透过率光栅 光栅方程 单级衍射 光线追迹 trapezoidal transmission grating grating equation single-order diffraction ray-tracing 强激光与粒子束
2017, 29(2): 021001
