衍射光柵
光電系的同學們對衍射光柵應該不陌生,例如在光通信行業中,光柵波導負責將不同波長的光耦合進入光纖,隨著技術的進步,光柵可以直接刻在光纖斷面上。而在增強現實(Augmented Reality,簡稱AR)領域,衍射光柵又有了新的應用——光波導,利用光柵衍射原理達到了傳播圖像,耦入眼睛的目的。為了研究光波導成像的原理,Emily專門收集了一些光柵的知識和大家分享,以下enjoy:
01定義
光柵是能夠對入射光波的振幅或位相進行空間周期調制,或對振幅和位相同時進行空間周期調制的光學元件。光柵按照不同的方式可以分為如下類型:
按調制方式不同可分為:
振幅型
位相型
按工作方式不同可分為:
透射型
反射型
按工作表面不同可分為:
平面型
凹面型
按制作方法不同可分為:
機制光柵
復制光柵
全息光柵
光柵的夫瑯和費衍射圖樣被稱作光柵光譜,光柵的主要作用是分光。
02光柵的分光性能
光柵方程
決定光柵各級干涉主極大位置的數學表達式如下,當光正入射是可表示為:
這是著名的光柵方程(Grating Equation),即布拉格衍射條件(Bragg diffraction condition)
d為光柵常數,λ為衍射角,λ為自由空間波長,m值定義為光波衍射級次,m=0對應于0級衍射光波,m=+/-1對應于+/-1級,以此類推。
當平行光束以入射角i入射時,光柵方程表示為:
在考察與入射光同側衍射光譜時,上式取正號
在考察與入射光異側衍射光譜時,上式取負號
如果上圖中的光柵處于折射率為n的介質中,即入射和衍射光束都處于相同折射率n的介質中,則光柵方程中的波長應表示為λ/n,光柵方程演變為:
光柵的色散
用角色散或線色散表示。相差單位波長的兩條譜線通過光柵分開的角度為角色散,由光柵方程微分可得:
03其他典型光柵
閃耀光柵
通過設置刻槽面和光柵面之間的夾角(閃耀角β),能夠將衍射中央極大和干涉零級主極大分開,將光能量從干涉零級主極大轉移并集中到某一級光譜上,實現該級光譜的閃耀。
-
焦點事件