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衍射光栅原理衍射光栅是一种利用光的衍射现象进行光学分析的仪器。
它利用衍射光栅的特殊结构，能够将光波进行分散和衍射，从而实现对光波的分析和测量。
衍射光栅原理是基于光的波动特性，通过光波的衍射现象实现对光的分析和测量。
下面将详细介绍衍射光栅的原理及其应用。
1. 衍射光栅的原理。
衍射光栅是一种具有周期性结构的光学元件，它的结构通常包括一系列平行的透明条纹或者透明孔径，这些条纹或孔径的间距非常小，通常小于光的波长。
当光波照射到衍射光栅上时，会发生衍射现象，光波会沿着不同方向进行衍射，形成衍射光谱。
衍射光栅的原理基于光的波动性质，利用衍射现象实现对光波的分析和测量。
2. 衍射光栅的应用。
衍射光栅广泛应用于光谱分析、光学成像、激光技术等领域。
在光谱分析中，衍射光栅可以将光波进行分散，将不同波长的光分离开来，从而实现对光的分析和测量。
在光学成像中，衍射光栅可以用于调制光波，实现对光的成像和处理。
在激光技术中，衍射光栅可以用于调制激光光束，实现激光的精密控制和调节。
3. 衍射光栅的特点。
衍射光栅具有高分辨率、高光谱分辨率、宽波长范围等特点。
由于衍射光栅的结构具有周期性，可以实现对光波的高效分散和衍射，从而获得高分辨率的光谱信息。
同时，衍射光栅还具有高光谱分辨率，能够将不同波长的光分离开来，实现对光的精确分析和测量。
此外，衍射光栅还具有宽波长范围的特点，能够适用于不同波长范围的光波分析和测量。
4. 衍射光栅的发展。
随着光学技术的不断发展，衍射光栅也在不断改进和完善。
现代衍射光栅已经具有更高的分辨率、更广泛的波长范围和更精密的制备工艺。
同时，衍射光栅的应用领域也在不断拓展，已经涉及到光通信、光储存、光计算等领域。
未来，随着光学技术的进一步发展，衍射光栅将会发挥更加重要的作用，为光学领域的发展做出更大的贡献。
总结。
衍射光栅是一种利用光的衍射现象进行光学分析的重要仪器，其原理基于光的波动特性，通过衍射现象实现对光的分析和测量。
各荧光检测方法简介（流式、荧光显微镜、共聚焦、全内反射与双光很多细胞实验都要检测荧光，为方便大家选择合适的方法，在此简单说一下各种荧光检测方法的特点。
不足的地方，欢迎大家补充：1、流式，优点是速度快，非常适合做大数量统计，且样品只被检测一次，完全不用担心荧光淬灭的问题。
缺点是只能检测荧光的有无、强度大小，无法提供空间定位信息，无法做荧光定位变化的实验；由于样品只被检测一次，因此无法对同一个样品进行连续观察。
例如，做膜蛋白定位时会得到这么一个结果——用流式可以检测出信号，但是用显微镜却看不到东西，排除仪器和滤光片选择问题，很可能是核的自发荧光或非特异标记造成流式的假阳性结果。
2、荧光显微镜，刚好与流式互补，可很好地进行空间观察，判断目标蛋白的定位，但是不适合做大流量检测，估计没人能经得起时间的考验。
有不同倍率的物镜选择，可以使用高倍物镜看精细结构，或用小倍率物镜做少量统计。
与之搭配的CCD和软件，是系统能否发挥性能的关键。
尤其是CCD，从那么多商品里选一款合适的不容易，需要了解很多知识否则只能听别人忽悠。
3、共聚焦，荧光显微镜的升级产品，具有很好的光学层切效果，能得到很好三维定位信息。
但是，如果使用共聚焦的目的仅仅是为你的样品拍一张靓照，取得一张好看的图片，就让人觉得可惜了。
共聚焦基本都是全自动系统，可随意定义照明区域、选择多个荧光通路和设定定时取图，所以，做Time-laps、FRAP和FRET有其独到的优势。
另外，4Pi和 STED又是其中的极品，具有超高的空间分辨率，只是使用不方便，未必适合做生物实验。
4、全内反射，荧光显微镜的另一种升级产品，属于近场光学范畴，只适合且最适合做膜研究，无法看到胞内信息。
也是用CCD成像，但是对CCD的要求更高——个人甚至觉得对CCD的要求是没有上限的。
5、双光子，另一种共聚焦，因使用长波激发荧光，故能做深层检测（突破共聚焦的100微米极限），最典型的应用是观察活体脑组织。
衍射光栅的基本特征《聊聊衍射光栅的那些事儿》嘿，朋友们！今天咱来聊聊这看似高大上，实则超有趣的衍射光栅。
咱先来说说它是啥玩意儿。
衍射光栅啊，就像是一个超级厉害的“光线魔术师”。
它能把一束光变成好多好多束，然后还能变出各种奇妙的图案来，就跟变魔术一样神奇！你想想看啊，一束光直直地跑过来，碰到这光栅，“哗啦”一下就被分成了好多好多束，然后这些光还按照一定的规律排列着，是不是超级酷的？这就像是一个武林高手，一下子就把敌人给打散了，还摆出了一个特别的阵形。
这衍射光栅的基本特征里，有一个特别重要的，那就是它的条纹。
这些条纹啊，那可是整整齐齐，排列得非常有规律。
就像阅兵式上的士兵一样，站得笔笔直直。
有时候我就在想，这要是让我来排，还不知道得排到啥时候去呢，它这可真是厉害得很呐！还有啊，衍射光栅对于光线的控制那真叫一个绝！它能让光线乖乖地按照它的要求走，想让光线往哪拐就往哪拐。
感觉它就是一个光线的“大导演”，指挥着光线们演出一场精彩绝伦的“光影大戏”。
我记得有一次，我在实验室里看到一个衍射光栅实验，那光透过光栅后形成的图案简直太美了，就像是天上的星星洒落在地上一样。
我当时就想，这玩意儿要是能挂在家里当装饰品，那得多炫酷啊！不过可惜就是太大了，不然我还真打算搬回家去。
而且啊，这衍射光栅在好多领域都有大用处呢！比如在光谱学里，它能帮助科学家们分析各种物质的成分。
就像是一个超级侦探，能从那些光线的蛛丝马迹里找出关键线索。
总之，衍射光栅这东西啊，真的是又神奇又有趣。
它就像是一个隐藏在科学世界里的宝藏，等待着我们去探索和发现。
每次想到它，我都觉得科学真是充满了惊喜和魅力！说不定哪天我也能捣鼓出一个属于自己的衍射光栅，然后拍出各种超级酷炫的光影照片，哈哈，那肯定很有意思！你们也快来一起感受感受这衍射光栅的奇妙吧！。
衍射光栅衍射光栅（Diffraction Grating）是一种用于分散光束及研究光波性质的光学器件。
它是由透明的平行斑纹组成的光学元件，其中每个斑纹都具有相等的宽度，并且间隔均匀。
衍射光栅的主要作用是将入射的光束分解成不同波长的光，并使它们以不同的角度进行衍射。
光的波动性是光学研究中的一个重要方面。
光在传播过程中会受到衍射现象的影响，即光通过一个物体的边缘或孔洞时，会发生偏离传播方向的现象。
而光栅正是基于衍射现象而设计出来的光学器件。
一维衍射光栅是最简单的光栅形式，它由一系列平行的凹槽或凸起构成。
这些凹槽或凸起被等间距地排列，其间距称为衍射光栅的线密度，用单位长度中所含凹槽或凸起的数量来表示。
常见的线密度单位是每毫米凹槽或凸起的数量。
当光束通过衍射光栅时，光波会在每个凹槽或凸起上发生衍射，形成一系列的衍射波。
由于各个波长的光波具有不同的传播速度，因此它们在通过衍射光栅后会以不同的角度进行衍射。
这样，不同波长的光将会分散开来，从而实现对光的分光。
衍射光栅的分光效果可以通过光波的干涉来解释。
当光波通过衍射光栅时，每个凹槽或凸起上的光波会形成一组衍射波，这些衍射波在空间中相互干涉。
具体来说，通过干涉效应，分布在不同位置的衍射波会相互加强或相互抵消，从而形成一系列明暗相间的条纹。
这些条纹被称为衍射顺序，而每个顺序对应着不同的角度和波长。
衍射光栅的分光效果可以应用于许多领域，特别是光谱学和光学测量。
通过分散光束，衍射光栅可以将复杂的光信号分解成不同波长的成分，从而使我们能够对光进行精确的分析和研究。
此外，衍射光栅还被广泛应用于激光和光纤通信领域，用于解调和发射光信号。
除了一维衍射光栅外，还存在二维和三维衍射光栅。
二维衍射光栅在一个平面上具有两个正交的衍射方向，可以实现更复杂的分光效果。
而三维衍射光栅则可以在三个坐标方向上进行分光，具有更高的分光分辨率。
总结起来，衍射光栅是一种用于分散光束以及研究光波性质的重要光学器件。
光栅衍射知识点总结课件光栅衍射是一种利用光栅产生衍射效应的现象，是一种重要的光学现象。
通过光栅衍射，我们可以了解到光的波动特性以及光波通过光栅的衍射规律。
在实际应用中，光栅衍射被广泛应用于光学仪器、激光技术、光谱分析等领域。
本文将对光栅衍射的知识点进行总结，包括光栅的原理与特性、光栅衍射的规律、光栅衍射的应用等内容。
一、光栅的原理与特性1. 光栅的定义光栅是一种光学元件，是由许多等间距的平行条纹组成的平面或曲面。
光栅通常是由金属、玻璃等材料制成，其间距和条纹数目是确定的，可以分为透射光栅和反射光栅两种类型。
2. 光栅的特性光栅具有几何光学特性和衍射光学特性。
在几何光学中，光栅可以用来分束、合束和分光；在衍射光学中，光栅可以产生衍射效应，使光的波动性显现出来。
3. 光栅的构造光栅由一系列等间距的透明或不透明条纹组成，这些条纹可以是平行的，也可以是曲线的。
光栅的构造决定了其对入射光的衍射效应。
4. 光栅的作用光栅可以将入射光分散成各个波长的光，从而进行光谱分析；也可以用于制备激光器、衍射仪、干涉仪等光学仪器；同时，光栅也被广泛应用于激光技术、光通信等领域。
二、光栅衍射的规律1. 光栅衍射的基本原理光栅衍射是指入射光通过光栅后产生衍射效应的现象。
当入射光照射到光栅上时，光栅上的条纹会对入射光进行衍射，产生出多个次级光源，形成衍射图样。
2. 光栅衍射的数学描述光栅衍射的数学描述可以利用菲涅尔衍射理论、惠更斯-菲涅尔原理等方法进行描述。
通过数学模型，可以求解出光栅衍射的衍射角、衍射级数、衍射图样等参数。
3. 光栅衍射的表达式光栅衍射的强度分布可以用衍射方程来描述，通常可以采用菲涅尔衍射积分或者费涅尔积分来进行数值计算。
通过衍射方程的计算，可以得到光栅衍射的强度分布图。
4. 光栅衍射的规律光栅衍射的规律包括主极大和次级极大、衍射级数、衍射角、衍射图样等规律。
这些规律可以帮助我们理解光栅衍射的特性，并且可以应用于光栅的设计和光学仪器的优化。
光栅原理光的特性是什么
光栅原理是指光通过光栅结构时会发生衍射现象，具有以下特性：
1. 衍射和干涉：光通过光栅时，会发生衍射现象，即光波会向各个方向散射，并在某些方向上干涉相长。
这种干涉现象使得光栅可以用于分光、光谱分析等领域。
2. 折射和反射：光在光栅上的入射角度不同时，会发生折射或反射现象。
根据入射角度和材料的折射率，可以使用光栅实现光的分光、偏转和调制等功能。
3. 光谱特性：光通过光栅时，由于不同波长的光经衍射发生不同的程度偏转，使得光栅可以将入射的复合光分离成不同的波长组成的光谱。
光谱特性使得光栅可以用于光谱仪、光度计等领域。
4. 分辨能力：光栅的分辨能力是指光栅能够将波长差异较小的两个光线分离开的能力，分辨能力与光栅的间距成反比。
光栅的高分辨能力使得它在光谱分析和波长测量中具有重要应用。
总的来说，光栅原理充分利用了光的波动性，使得光栅具有分光、干涉、折射、反射和调制等多种特性，被广泛应用于光学仪器和光学技术中。
全反射详细资料大全全反射：又称全内反射，指光由光密介质（即光在此介质中的折射率大的）射到光疏介质（即光在此介质中折射率小的）的界面时，全部被反射回原介质内的现象。
基本介绍•中文名：全反射•外文名：total internal reflection•又称：全内反射•条件：入射角大于临界角•条件：光密到光疏简介,原理,套用,光导纤维(光纤),液晶背光,潜水镜,脚踏车尾灯,条件,全反射的证明,简介英文名称: total internal reflection(TIR) 光由光密介质进入光疏介质时，要离开法线折射，如图所示。
当入射角θ增加到某种情形（图中e射线）时，折射线延表面进行，即折射角为90°，该入射角θ称为临界角。
若入射角大于临界角，则无折射，全部光线均返回光密介质（如图f、g射线），此现象称为全反射。
当光线由光疏介质射到光密介质时，因为光线靠近法线而折射，故这时不会发生全反射。
全反射原理从光密介质进入光疏介质时入射角增大到某临界角时，会产生全反射。
临界角公式为（n2为图1中n',n1为图1中n）。
（C为临界角）当光射到两种介质界面，只产生反射而不产生折射的现象．当光由光密介质射向光疏介质时，折射角将大于入射角。
当入射角增大到某一数值时，折射角将达到90°，这时在光疏介质中将不出现折射光线，只要入射角大于或等于上述数值时，均不再存在折射现象，这就是全反射．所以产生全反射的条件是：①光必须由光密介质射向光疏介质；②入射角必须大于或等于临界角(C)。
全反射所谓光密介质和光疏介质是相对的。
两物质相比，折射率较小的，光速在其中较快的，就为光疏介质；折射率较大的，光速在其中较慢的，就为光密介质。
例如，水折射率大于空气，所以相对于空气而言，水就是光密介质；而玻璃的折射率比水大，所以相对于玻璃而言，水就是光疏介质。
临界角是折射角为90度时对应的入射角（只有光线从光密介质进入光疏介质且入射角大于或等于临界角时，才会发生全反射。
光栅的特性及应用一、光栅的基本特性光栅主要有四个基本性质:色散、分束、偏振和相位匹配,光栅的绝大多数应用都是基于这四种特性。
光栅的色散是指光栅能够将相同入射条件下的不同波长的光衍射到不同的方向，这是光栅最为人熟知的性质，它使得光栅取代棱镜成为光谱仪器中的核心元件。
光栅的色散性能可以由光栅方程推导出来，这个问题我们将在后面作更为详细的分析，推导出光栅的广义色散公式.光栅的分束特性是指光栅能够将一束入射单色光分成多束出射光的本领。
应用领域有光互连、光藕合、均匀照明、光通讯、光计算等。
其性能评价指标有：衍射效率、分束比、压缩比、光斑非均匀性以及光斑模式等。
目前较常用的光栅分束器有:Dammann光栅分束器、Tablot光栅分束器、相息光栅分束器、波导光栅分束器等。
另外,位相型菲涅耳透镜阵列分束器、Gbaor透镜分束器等透镜型的分束器也是相当常用的.在标量领域范围内，光栅的偏振特性往往被忽略，因此，光栅的偏振性在以前不被人广知。
但是理论和实验都证明，一块设计合理、制作优良的光栅可以被用来做偏振器、1/2波片、1/4波片和位相补偿器等。
光栅的偏振特性需要用光栅的矢量理论才能分析得到，我们将在后面章节对光栅的偏振特性进行理论分析。
光栅的相位匹配性质是指光栅具有的将两个传播常数不同的波祸合起来的本领。
最明显的例子是光栅波导祸合器，它能将一束在自由空间传播的光束祸合到光波导中。
根据瑞利展开式，一束平面波照射在光栅上会产生无穷多的衍射平面波，相邻衍射波的波矢沿x方向的投影之间的距离是个常数,等于光栅的波矢,即平面波可以看作是电磁波在无源、均匀媒质中的一种模式，因此光栅有能力把波矢沿着固定方向而投影相差光栅波矢整数倍的不同平面波耦合起来。
二、衍射光栅的应用衍射光栅是一种分光元件,也是光谱仪器的核心元件。
1960年代以前，全息光栅,刻划光栅，作为色散元件，广泛用于摄谱仪光谱分析,是分析物质成分、探索宇宙奥秘、开发大自然的必用仪器，极大地推动了包括物理学、天文学、化学、生物学等科学的全面发展。
第19卷 第9期强激光与粒子束Vol.19,No.9 2007年9月H IGH POWER LASER AND PART ICLE BEAMS Sep.,2007 文章编号: 1001-4322(2007)09-1413-04全内反射式衍射光栅近场光学特性*周平和1, 王少华1, 刘世杰1,2, 邵建达2(1.陕西理工学院物理系,陕西汉中723000; 2.中国科学院上海光学精密机械研究所,上海201800)摘 要: 利用傅里叶模式理论分析了具有高衍射效率的全内反射式衍射光栅在T E 和T M 偏振态下的近场光分布特点,讨论了光栅结构参数以及入射角度对光栅内电场增强的影响。
结果表明:全内反射光栅内部电场分布对偏振态较敏感,光栅槽深和占宽比对电场增强影响较小,光栅内的峰值电场随光栅周期增大而增大,并且峰值电场随着入射角度的增大而减小。
在应用于高功率激光时,降低光栅内部的电场增强可以有效降低损伤风险。
关键词: 全内反射; 衍射光栅; 电场增强; 损伤阈值; 近场分布中图分类号: T B113 文献标识码: A高衍射效率的光栅在现代光学系统中发挥着重要的作用,包括光通信、光谱测量、传感和成像等。
高效率光栅也是激光系统中不可缺少的元件,特别是作为啁啾脉冲放大(CPA)系统中的脉冲展宽/压缩器[1]。
用于CPA 系统中的衍射光栅不仅要有高的衍射效率,而且用于压缩超短脉冲的光栅也需要较高的损伤阈值,以保证整个激光系统的稳定运行。
由于存在较大的吸收,金属光栅的损伤阈值较低,也限制了衍射效率的进一步提高[2]。
相比之下,全介质光栅具有很低的吸收,制作材料可具有高于金属膜数十倍的损伤阈值,衍射效率也接近100%,从而减少了能量损耗。
因此,发展高效率的全介质光栅是提高脉冲激光功率的必由之路。
近年来提出的多层介质膜光栅(M DG)被广泛用于CPA 系统[3]。
M DG 由多层介质高反射膜和位于其顶层的浮雕光栅组成,在自准直角使用条件下,MDG 的-1级衍射效率可高于99%,损伤阈值目前已提高到4.5J/cm 2(10ps,1053nm )[4]。
然而,MDG 不仅需要设计顶层光栅结构,还要考虑底层高反射膜的特性,随着光栅面积的增大,多层膜的均匀性和清洁度的控制也给工艺过程带来挑战[5]。
因此,直接在体材料上制作光栅成为获得这种高衍射效率光栅的另外一种选择,体材料的损伤阈值也要比薄膜材料高得多[6]。
最近,Maciante 等人提出了一种基于全内反射(T IR)原理的光栅[7],该光栅直接制作在熔石英材料上,在全内反射和自准直使用条件下,-1级衍射效率仍可高于99%。
在不同使用波长处,通过优化T IR 光栅结构可以获得高效、低插入损耗的各种应用器件[8]。
然而,对于应用于高功率激光系统的光栅,近场光分布特性对其抗激光损伤特性有重要的影响。
这主要是由于高峰值电场强度是光栅材料发生雪崩离化导致破坏的主导因素[9-10]。
目前,对于满足高效率的TIR 光栅,其峰值电场随光栅结构的变化规律报道还很少。
因此,理论分析和优化TIR 光栅的近场光分布对其在高功率激光系统中的应用有重要意义。
Fig.1 Structu re of TIR grating 图1 T IR 光栅结构示意图本文利用傅里叶模式理论分析了T IR 光栅近场光分布,分别讨论了TE 波和TM 波入射时,具有高效率的TIR 光栅的近场光分布特点,分析了峰值电场随光栅槽深、占宽比以及周期的变化规律,最后讨论了入射角度变化对峰值电场的影响。
1 理论模型图1为T IR 光栅结构示意图,具有矩形结构的浮雕光栅位于石英体材料上。
当入射光以自准直角 i 从石英入射到光栅,并且光栅周期满足(1)式时,入射光全部被反射回石英体内,且沿入射光反方向上可获得接近100%的衍射效率[7]*收稿日期:2007-03-27; 修订日期:2007-09-05基金项目:国家自然科学基金资助课题(10376040);陕西理工学院科研基金资助课题(SLGQD0406)作者简介:周平和(1955 ),男,陕西汉中人,实验师,主要从事光电技术的研究;zhou pinghe@ 。
n 1> 2T >n 2(1)式中:n 1和n 2分别为石英和空气的折射率; 为入射波长;T 为光栅周期。
对于这种具有亚波长结构的光栅,本文采用傅里叶模式理论[11]分析其衍射特性。
根据该理论,按构成材料对T IR 光栅进行分层处理,沿z 方向可分为光栅层、空气层和石英层,在每一分层,电磁场满足麦克斯韦方程组。
由于TIR 光栅具有周期结构,电磁场可以展开为傅里叶级数形式,从而使麦克斯韦方程组转化为代数方程组,再根据边界条件和初始条件就可以求解每一层的电磁场分布,最后根据衍射效率的定义便可得到TIR 光栅各级次的衍射效率。
在TE 或TM 偏振态时,通过优化T IR 光栅结构,其-1级反射衍射都可获得较高的效率,这对提高CPA 系统中的光能利用率非常有利。
同时,CPA 系统中使用的压缩光栅直接和输出高能激光相互作用,所以T IR 光栅抗激光损伤特性也是其应用于高功率激光系统的关键。
已有的研究结果表明,高峰值电场是光栅材料发生雪崩离化导致损伤的主要因素[9],因此分析具有高效率T IR 光栅的近场光分布特点和变化规律对其应用于高功率激光系统有重要的意义。
对于T E 和T M 两种偏振态,TIR 光栅内第j 层的电场分布可以表示为[12]E j l (x ,z )= e j l ex p(i k 0 x ){ex p[i k 0 j l (z -z j )]u j l++ex p[i k 0 j l (z -z j )]d j l+}(2)式中:下标l 表示TE 或TM 偏振态;e j l 为电场本征值;k 0=2 / ; 为sin i +m /T(m 代表傅里叶模编号)所构成的对角矩阵; j l 为z 方向波矢分量,u j l +和d j l +分别为界面j 处上行波和下行波振幅系数,可以由边界条件确定。
在递推求解振幅系数u j l +和d j l +时,采用反射透射系数阵算法[11](RTCM)以提高计算效率和数值稳定性。
2 数值分析和讨论在数值分析时,假设入射光波长为1053nm,空气和熔石英的折射率分别为1.0和1.46。
根据(1)式,光栅的周期T 应介于361~527nm 之间。
在T E 偏振态下,TIR 光栅-1级衍射效率与光栅周期和槽深、以及占宽比和槽深的关系分别如图2所示,其中光栅占宽比和周期分别取0.5和450nm 。
由图2(a)可以看出,光栅槽深在2 m 范围内变化时,在3个白色区域的光栅参数都可以使TIR 光栅-1级衍射效率高于95%。
但是,随着槽深的增大,获得高效率TIR 光栅的周期范围呈缩小趋势。
另外,随着槽深的增大,获得高效率T IR 光栅的占宽比的宽容度也减小,如图2(b)所示。
因此,浅槽深的TIR 光栅不仅提供了较大的工艺容差,而且也降低了刻蚀石英材料的难度。
在T M 偏振态下,T IR 光栅-1级衍射效率随光栅参数的变化规律与TE 偏振态下的结果类似。
不同之处在于:相同周期的TIR 光栅获得高衍射效率所需的槽深要更大,宽容度范围也更宽。
Fig.2 -1order diffraction efficiency v s p eriod and depth ,duty cycle and depth图2 T IR 光栅-1级衍射效率与周期和槽深以及占宽比和槽深的关系在TE 偏振态下,-1级衍射效率为0.988的T IR 光栅的内部电场振幅分布如图3(a)所示,其中光栅周期、槽深、占宽比以及入射角分别为450nm,390nm ,0.5和53.26 。
在TM 偏振态下,-1级衍射效率为0.99的TIR 光栅的内部电场振幅分布如图3(b)所示,其中光栅周期、槽深、占宽比以及入射角分别为450nm,450nm ,0.5和53.26 。
可以看出,对于两种偏振态的入射光,光能都基本被TIR 光栅反射回石英体内,仅倏逝波透过石英到空气中一小段距离。
而且,对于T E 偏振态,在石英体材料内和光栅脊处,电场振幅是入射光的2倍以上,如图3(a)所示。
相比之下,对于TM 偏振态,石英体材料内和光栅脊处的电场振幅要小,仅为入射光振幅的1.6倍左右,而且峰值电场位于空气间隙,如图3(b)所示。
两种偏振态下近场光分布的差异主要是由于它们在光栅区域的边界条件不同所致[13]。
1414强激光与粒子束第19卷Fig.3 Amplitude dis tribution of internal electric field of T IR gratin g图3 T IR 光栅内部电场振幅分布从以上的分析可以看出,为了避免峰值电场引起的多光子离化诱导光栅损伤,T IR 光栅适合在TM 偏振态下使用。
若要求T IR 光栅在TE 偏振态下使用时,其内部的电场增强必须要降到很低。
定义电场增强系数为TIR 光栅内部峰值电场振幅和入射电场振幅的比值。
图4分别给出了电场增强系Fig.4 Relation betw een electric field enhancement w ith depth,duty cy cle and period图4 T IR 光栅电场增强与槽深,占宽比和周期的关系Fig.5 Diffraction efficien cy and field en han cem ent v s incident angle图5 TIR 光栅衍射效率以及电场增强与入射角度的关系数的平方与光栅槽深、占宽比和周期的关系。
由图4(a)和(b)可以看出,高效率TIR 光栅内电场增强对光栅槽深和周期的依赖程度都很小。
然而,随着光栅周期的增大,电场增强系数迅速增大,最大值为9.5。
因此,在TE偏振态使用时,为了降低TIR 光栅内的电场增强,光栅周期宜选择较小值。
计算结果表明,在TE 偏振态下,T IR 光栅在较宽的角谱内也能获得高衍射效率,如图5中虚线所示,其中光栅周期、槽深以及占宽比分别为410nm,640nm 和0 47。
入射角度的变化对T IR 光栅内电场增强的影响如图5中实线所示,可以看出电场增强随着入射角度的1415第9期周平和等:全内反射式衍射光栅近场光学特性1416强激光与粒子束第19卷增大而线性减小。
因此,在大角度条件下使用TIR光栅也可以有效地降低峰值电场。
3 结 论利用傅里叶模式理论讨论了与TIR光栅损伤阈值密切联系的近场光分布特性。
在T M偏振态下具有高效率的TIR光栅的电场峰值要远低于在T E偏振态下的光栅内的电场峰值。
光栅槽深和占宽比对T IR内的电场增强影响较小,但选择小的光栅周期可以有效降低电场峰值。
