1 广西大学 计算机与电子信息学院，南宁 530004
2 广西多媒体通信与网络技术重点实验室，南宁 530004
3 广西高校多媒体通信与信息处理重点实验室，南宁 530004
4 广西信息科学实验中心，广西 桂林 541004
针对二维光栅耦合器存在耦合效率低、偏振相关损耗大、结构复杂等问题，提出了一种应用于C波段的基于绝缘体上硅(SOI)材料的新型二维光栅耦合器，该耦合器由具有45°倾角的四孔交错菱形刻蚀晶胞单位周期排列组成，采用倾斜耦合方式对耦合器的周期、刻蚀深度、刻蚀圆孔的相对位置、刻蚀圆孔半径进行优化，并对其进行仿真验证。仿真结果表明：该耦合器在1 540 nm处耦合损耗低至-2.4 dB，C波段的偏振相关损耗低于0.2 dB, 1、3 dB工作带宽分别是36、58 nm。
二维光栅耦合器 倾斜耦合 耦合效率 偏振相关损耗 绝缘体上硅 温度不敏感 two-dimensional grating coupler, inclined coupling
1 广西大学 计算机与电子信息学院，南宁 530004
2 广西多媒体通信与网络技术重点实验室，南宁 530004
3 广西高校多媒体通信与信息处理重点实验室，南宁 530004
4 广西信息科学实验中心，广西 桂林 541004
为设计出高效率且低偏振耦合相关损耗的二维光栅耦合器(2D-GC)，提出一种基于绝缘体上硅(SOI)的类梅花型2D-GC。该2D-GC由多个单元周期排列而成，每个单元的图案呈类梅花型，该结构中的晶胞由2对圆形图案构成，并采用时域有限差分(FDTD)法对2D-GC结构参数进行数值仿真优化。仿真结果表明：在最佳优化参数结构时，所提2D-GC的有效工作波段为1.525~1.6μm，最佳耦合效率为56%，对应的耦合损耗为-2.4 dB，偏振相关损耗为0.18 dB。
绝缘体上硅 二维光栅耦合器 类梅花型 偏振 耦合损耗 silicon-on-insulator, two-dimensional grating coup
1 机械制造系统工程国家重点实验室，陕西 西安 710049
2 西安交通大学机械工程学院，陕西 西安 710049
3 纽卡斯尔大学工程学院，英国 纽卡斯尔 NE1 7RU
针对超精密运动台的二维亚微米级精度同步测量需求，提出并建立了平面反射式二维光栅测量系统，研究了平面反射式二维光栅的平面位移同步测量方法，分析了平面反射式二维光栅测量系统的误差传递模型。通过Vold-Kalman滤波算法，对光栅信号中存在的高次谐波误差、幅值/相位误差进行实时修正和滤除。采用反正切细分算法和周期测量法对光栅正交脉冲的频率进行测量，实现对被测目标的高分辨率测量和实时运动速度测量。同时，构建了亚微米级测量精度的平面反射式二维光栅测量系统，测量范围为500 mm×500 mm，x、y方向的定位精度为±0.3 μm，测量分辨率为0.005 μm。
测量 平面反射式二维光栅 反正切细分算法 亚微米级测量 激光与光电子学进展
2023, 60(3): 0312018
从理论和实验两方面研究了球面波入射二维光栅的泰伯效应。首先，分析球面波入射光栅后，菲涅耳衍射区光场的复振幅分布；其次，讨论了泰伯像及分数泰伯像的成像条件，得出成像位置及成像周期由光源至光栅的距离、光栅至观察面的距离共同决定，并且球面波入射光栅的泰伯距离等于其周期放大率与平面波入射光栅泰伯距离的乘积。实验结果与理论结果相符合，在特定位置处可观察到清晰的泰伯像及分数泰伯像。改变光源平面与光栅的距离，泰伯像按特定规律发生变化。由于光栅周期小于两倍孔径边长、球面波自身发散特性，分数泰伯像中出现像元交叠现象，按交叠程度可将交叠图像分为两种分数泰伯像，即点状离散分布及棋盘分布。本文研究可促进泰伯效应在光学测量及阵列照明等方面的应用。
衍射 二维光栅 泰伯效应 菲涅耳衍射 球面波 像元交叠 激光与光电子学进展
2021, 58(11): 1105002
1 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院, 广西 桂林 541004
2 上海微电子装备(集团)股份有限公司, 上海 201203
设计了一个基于二维光栅的高精度位置测量系统的硬件在环仿真平台,分析了测量模型在编程过程中产生误差的原因,并使用该仿真平台测试了模型的精度和运算时间。结果表明,当计算频率为20 kHz时,测量模型的编程精度优于0.79 nm,测量机箱引起的误差为8.84×10
-7 nm。该仿真平台能够有效地检测基于二维光栅的测量模型在编程过程中产生的误差,并测试模型运算时间。
测量 精密测量 二维光栅 硬件在环 光刻机
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
基于DMD的目标模拟器应用于长波红外波段(8~12 μm)时, DMD的衍射效应对系统的成像对比度造成较大影响。为使系统获得高对比度的红外图像, 需要对DMD的衍射特性进行分析。首先根据DMD的结构和工作原理, 将DMD等效为一特殊的二维闪耀光栅, 并利用光栅衍射理论和傅里叶变换, 推导出DMD二维光栅衍射模型; 然后利用MATLAB对DMD在8~12 μm波段的衍射模型进行仿真计算; 最后对仿真结果进行了实验验证。通过仿真计算和实验分析得出结论: 基于DMD的目标模拟器应用于长波红外波段时, 照明光束需要选取合适的入射角; 当入射空间方位角为0°, 入射天顶角为44~48°时, 目标模拟器生成的红外图像对比度达到最佳,系统成像质量最好。
衍射特性 数字微镜器件 红外目标模拟器 二维光栅 diffraction characteristics DMD IR scene projector two dimension grating 红外与激光工程
2017, 46(5): 0504006
1 国防科学技术大学 机电工程与自动化学院, 湖南 长沙 410073
2 空军航空大学 飞行训练基地, 吉林 长春 130062
针对二维位移测量系统中光栅制作与装配非理想所引起的几何误差, 基于多普勒频移理论和坐标变换方法, 建立了同时包含光栅非正交角与装配角在内的通用几何误差模型, 定量研究了各误差角对系统性能的影响程度, 仿真分析了X与Y方向余弦误差和耦合误差随误差参数的变化规律。结果表明, 光栅制作和装配误差与系统所用衍射级次、衍射次数和光学细分倍数无关, 只与各误差角和被测位移有关。与此同时, 四个误差角都会导致余弦误差的产生, 而耦合误差则主要受光栅非正交角和偏航角的影响。此外, 相同误差角所引起的耦合误差要明显严重于余弦误差, 是系统几何误差的主要构成成分。通过搭建基于二维交叉光栅的平面位移测量系统, 利用10 mm方形运动轨迹实验验证了理论分析与数值仿真的正确性。
几何误差 二维光栅 位移测量 建模分析 geometrical error two-dimensional grating displacement measurement modeling analysis 红外与激光工程
2016, 45(12): 1217005
电子工程学院 脉冲功率激光技术国家重点实验室 ，合肥 230037
以惠更斯-菲涅尔衍射公式为基础，推导了猫眼系统的回波光场，并以二维光栅作为凝视光电成像系统的焦平面器件进行理论计算和实验验证.分析了光阑孔径对回波图像与焦平面器件调制之间相关性及空间截止频率对猫眼回波的影响.结果表明：随着光阑孔径的减小，回波图像信息减少，与焦平面上光斑的相关性降低；随着光阑孔径的增大，光栅干涉形成的次级光斑逐渐出现在回波图像中，回波图像也由于各级光斑的干涉变得复杂，对应的空间频谱变化反映了各级光斑的交叠情况.该研究对利用回波特征用于凝视光电成像侦察设备实施激光主动探测具有实际应用价值.
激光技术 猫眼回波 波动光学 二维光栅 光阑孔径 空间频谱 Laser technology Cat′s eye echo-wave Wave optics Two-dimensional grating Aperture size Spatial frequency
