透射振幅光柵的光譜特性分析畢業(yè)論文-在線瀏覽
2024-08-08 23:46本頁面
【正文】 缺點。工程上的光柵五花八門，下面簡單回顧一下光柵的研究進程：最早的衍射光柵是繞線光柵，1786年美國科學(xué)家Ritenhouse在費城用平行的50至60根細金屬絲制成的寬12．7 mm的衍射光柵。1870年，盧瑟福在50 mm寬的反射鏡上用金剛石刻刀刻劃了3500條槽，這是世界上第一塊分辯率與棱鏡相當(dāng)?shù)墓鈻?，具有重大的意義。后來，Anderson和Wood研究了光柵槽形對光強分布的影響，提出了光柵的“閃耀”理論，“閃耀”使光柵的衍射效率得到大大的提高，大部分光能量可集中在預(yù)定的衍射級次上。出現(xiàn)了專門用于記錄激光器干涉條紋的技術(shù)，導(dǎo)致“全息光柵”的出現(xiàn)，它主要用作色散元件，對激光輸出光譜進行選擇和調(diào)諧。1975年W．Tang和S．Wang首次在論文中報道了利用硅加工技術(shù)制作光柵，從此硅光柵被應(yīng)用在許多不同的領(lǐng)域。近年來，一系列新型光柵的出現(xiàn)對科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的革新也發(fā)揮著越來越大的作用即把光柵做在光纖里面，產(chǎn)生了光纖光柵，促進了光纖通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；光柵和波導(dǎo)的結(jié)合，產(chǎn)生了陣列波導(dǎo)光柵，是非常重要的光纖通信的波分復(fù)用器件；光柵的飛秒脈沖啁啾放大技術(shù)促進了強激光的產(chǎn)生；大尺寸的脈沖壓縮光柵是激光核聚變裝置不可缺少分束器；Darnmann光柵應(yīng)用于光電子陣列照明技術(shù)；體全息光柵在光存儲及波分復(fù)用方面的已快進入實用化階段。特別是運用所學(xué)的光學(xué)知識分析，即以光學(xué)中的単縫夫瑯禾費衍射場理論為基礎(chǔ)簡單的回顧了光學(xué)中如何運用光的衍射原理進行推理分析，并介紹了其基本結(jié)論和圖樣的特征。然后結(jié)合透射振幅光柵的具體實驗，給出了透射振幅光柵的在單色光和復(fù)色光照射下的光譜圖樣，給出直觀感覺。進而在詳細的數(shù)學(xué)推理和數(shù)值模擬進行了理論分析。結(jié)合這些因子的影響，我們也知道了透射振幅光柵的光譜特性參數(shù)的具體表達式，并確定這些光譜特性參數(shù)對其產(chǎn)生的光譜的影響，這也是本論文的最主要的目的，當(dāng)然另一方面通過這些研究，我們加深了對光柵所在的分光儀，攝譜儀的工作原理的理解，知道了這些儀器核心理論就是光柵的光譜特性參數(shù)。最后本論文給出了在光柵設(shè)計時應(yīng)注意的問題，及如何提高光柵性能。同時也給出了參考文獻，這其中有中文的也有外文參考文獻，這也是這篇論文得以形成的主要幫助。2 光的衍射原理及夫瑯禾費衍射 光的衍射基本理論惠更斯原理：光波在空間傳播，是振動的傳播，波在空間各處都引起振動，波場中任一點，即波前中任一點都可視為新的振動中心，這些振動中心發(fā)出的光波，稱為次波。新的波面即是這些振動中心發(fā)出的各個次波波面的包絡(luò)面，用次波的模型可以很容易解釋光的衍射現(xiàn)象。具體就是將波前上所有次波中心發(fā)出的次波在P點的振動疊加，即得到該波前發(fā)出的波傳到P點時的振動。菲涅耳基爾霍夫衍射積分原理：基爾霍夫在菲涅耳的基礎(chǔ)上進一步明確了各因子的表達式，具體化為 在傍軸衍射情況下，結(jié)合爾霍夫衍射的邊界條件還可進一步化為 夫瑯禾費衍射的實驗裝置及圖樣 如圖為衍射裝置。相當(dāng)于各點發(fā)出的次波匯聚于無窮遠處。其中單縫寬度為aL2F2F1L1P （夫瑯禾費衍射的實驗裝置布置）（）得到的衍射實驗圖片為 （夫瑯禾費衍射的實驗圖片）（） 夫瑯禾費衍射的基本理論分析 夫瑯禾費衍射強度分布積分方法： P點光來自同一方向，傾斜因子相同。則上式化為 其中 令 則 其中，為Q點發(fā)出的沿光軸方向的次波在光軸上的F點所引起的復(fù)振幅； ,為通過整個狹縫的光沿光軸方向傳播時在光軸上的F點所引起的振動,即復(fù)振幅。,為單縫（單元）衍射因子。 。這里，各個次波相位差為零，所以振幅疊加相互加強。該式稱為單縫衍射的零點條件。3 透射振幅光柵的衍射 透射振幅光柵概述光柵有反射光柵和透射光柵兩大類，在玻璃片上刻有大量等寬間距的平行刻痕，在刻痕處，因為玻璃變毛，入射光線發(fā)生散射，幾乎是不透光的，而相鄰兩刻痕之間的光滑部分與一個狹縫相當(dāng)，1cm的寬度上可達10000條以上，若刻痕的寬度為，則叫做光柵常數(shù)，當(dāng)刻痕為10000條，則光柵常數(shù).當(dāng)一束平行單色光垂直入射到光柵上，對光柵中每一狹縫，都可以產(chǎn)生衍射效應(yīng)，并在屏幕上形成各自的衍射圖樣. 光柵衍射條紋的分布于單縫衍射情況不同，在單縫衍射中，中央明條紋寬度很大，其他各級明條紋寬度較小，狹縫數(shù)目越多，則屏幕上明條紋變得越亮越細窄，且分得越開，并且從個狹縫射出的光束相互之間要發(fā)生干涉，所以最后形成光柵衍射條紋的并不只是由單個狹縫所起的作用，而更重要的還有許多狹縫發(fā)出的光束之間的干涉，光柵衍射條紋是在單縫衍射的基礎(chǔ)上，縫與縫之間的干涉作用的總效果. 單色光照射透射振幅光柵實驗?zāi)Ｐ桶慈鐖D空間方位布置實驗裝置。 （單色光照射透射振幅光柵實驗裝置布置）（）得到的實驗圖片 （單色光照射透射振幅光柵實驗圖片）（） 單色光照射透射振幅光柵的理論分析 單色光照射透射振幅光柵的衍射強度分布平行的單色光入射，滿足近軸條件。 其中N就是狹縫的總條數(shù)，后面的部分是對每一個狹縫的積分，求得入射光經(jīng)該狹縫后的衍射在P點引起的振動，即復(fù)振幅，為光的衍射 對所有狹縫的求和是將每一個狹縫射出的光在P點引起的振動即復(fù)振幅進行疊加，自然是相干疊加， 為光的干涉。設(shè)透射振幅光柵的每一狹縫寬度為b，不透光部分寬度為a，a+b=d，d為相鄰兩狹縫中心的距離，即光柵的周期。abd透射振幅光柵x （透射振幅光柵）（）由圖可知當(dāng)各狹縫中心發(fā)出的光波到達屏上的光程為，則有 ： 為相鄰兩狹縫中心發(fā)出的光到達P點的光程差。 最后在P點的振動是兩者乘積。 另設(shè)令，則上式化為其中為N元干涉因子。下面就以MATLAB為工具對單色光照射透射振幅光柵的衍射強度分布函數(shù)進行數(shù)值模擬，畫出其函數(shù)曲線，為進一步探討透射振幅光柵的光譜特征建立直觀映像。 （單色光照射透射振幅光柵衍射強度數(shù)值模擬）（）
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