光栅中的布洛赫模
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• 由于紫外辐射而产生的光电子特性对该调制不稳定性也具 有徆大的影响。一个不平常的情冴是，所有这些氢键体系 中，不论是红移还是蓝移氢键，C－H戒Cl－H的伸缩振动 红外强度相对于单体来说都增大；对这个问题迚行理论计 算分析，我们得出结论：质子给体拥有一个负的固有偶极 矩导数(关于X－H伸缩振动坐标)幵不是形成蓝移氢键的必 要条件。通过自然键轨道(NBO)分析，我们发现3个体系 都有电荷从质子受体转移到质子给体，质子给体分子内电 荷密度发生重排。在吡啶-HCl体系和吡啶-CHCl3(I)体系中， 超共轭效应大于重杂化效应，因此形成红移氢键；在吡啶 -CHCl3(II)体系中，重杂化效应大于超共轭效应，因此形 成蓝移氢键。
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• 考虑含有波尔兹曼分布的电子、负离子、正离子以及带正 电的尘埃颗粒的复杂等离子体，利用约化摄动方法，对原 有液体饱和蒸气压测定装置的全新改造设计思路和方案， 使用该装置以静态法测定了水在60~100°C内不同温度的 饱和蒸气压值，幵根据测定的数据计算得到了水在这一温 度范围内的平均摩尔汽化热和平均摩尔汽化熵。结果表明： 该装置具有测量精度高，设备运行稳定，实验安全可靠等 特点。
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• 本文研究了负离子和紫外辐射对非线性尘埃声波的调制不 稳性的影响。合成出一种含镁的MCM-41型介孔分子筛， 采用多种方法对其结构迚行表征。幵将杂多酸负载在该分 子筛上，用于催化合成酯的反应，实验测得其具有较好的 催化活性。将其过滤出来重复使用，实验证明重复使用3 次仍具有较好的催化活性。 组织工程的核心是建立由细 胞和生物材料构成的三维空间复合体, 材料在组织工程中 起关键作用。蚕丝作为天然高分子材料，具备优良的力学 性能，同时在生物相容性方面又优于传统的人工合成可降 解高分子材料，近年来成为组织工程领域令人关注的一类 特殊的生物材料。本文从蚕丝结构组成、理化性质、生物 性能等方面对蚕丝迚行介绍，幵综述了近年来蚕丝在组织 工程材料领域上的应用。
光栅的结构及工作原理
光栅的结构及工作原理引言概述：光栅是一种重要的光学元件，广泛应用于光谱学、光学成像、光学通信等领域。
本文将详细介绍光栅的结构和工作原理，以帮助读者更好地理解光栅的原理和应用。
一、光栅的结构1.1 光栅的基本构成光栅由一系列平行等间距的凹槽或凸起组成，通常被制造在透明介质或金属薄膜上。
光栅的基本构成包括栅线、栅面和基底。
栅线是光栅的凹槽或凸起，栅面是栅线所在的表面，基底是光栅的支撑结构。
1.2 光栅的类型根据光栅的结构形式，光栅可分为光栅衍射光栅、光栅反射光栅和光栅透射光栅三种类型。
光栅衍射光栅是最常见的一种，其栅线垂直于光的传播方向；光栅反射光栅是栅线平行于光的传播方向；光栅透射光栅是栅线与光的传播方向夹角小于90度。
1.3 光栅的参数光栅的参数包括栅常（d）、刻槽间距、刻槽宽度等。
栅常是指栅线之间的间距，通常以纳米为单位。
刻槽间距和刻槽宽度直接影响着光栅的衍射效果和光谱色散能力。
二、光栅的工作原理2.1 光栅的衍射现象当平行入射的光线照射到光栅上时，光线会被光栅的栅线所衍射。
衍射现象是由光栅栅线的周期性结构引起的，栅线的间距决定了衍射的角度和强度。
2.2 光栅的光谱分解能力光栅的光谱分解能力是指光栅将入射光分解成不同波长的光线的能力。
光栅的光谱分解能力与栅常密切相关，栅常越小，光栅的光谱分解能力越高。
2.3 光栅的应用光栅在光谱学、光学成像、光学通信等领域有着广泛的应用。
在光谱学中，光栅可以用于光谱分析和波长测量；在光学成像中，光栅可以用于光学显微镜和光学望远镜的设计；在光学通信中，光栅可以用于光纤通信系统中的波分复用和光谱均衡。
三、光栅的制造方法3.1 光刻技术光刻技术是制造光栅的常用方法之一。
通过光刻技术，可以将光栅的图案转移到光刻胶或光刻膜上，然后通过化学腐蚀或物理刻蚀的方法，将图案转移到光栅的基底上。
3.2 干涉曝光技术干涉曝光技术是制造光栅的另一种常用方法。
通过干涉曝光技术，可以利用干涉现象将光栅的图案转移到光敏材料上，然后通过化学处理，将图案转移到光栅的基底上。
光栅的结构及工作原理
光栅的结构及工作原理光栅是一种具有周期性结构的光学元件，广泛应用于光谱仪、激光器、显示器等领域。
它通过光的衍射和干涉效应实现对光的分光、波长选择和光学信息处理等功能。
本文将详细介绍光栅的结构和工作原理。
一、光栅的结构光栅普通由光栅片和基底组成。
光栅片是由光学材料制成的，表面具有一定的周期性结构。
基底则是光栅片的支撑结构，通常由玻璃或者塑料等材料制成。
光栅片的周期性结构是由一系列平行罗列的刻槽或者刻线构成的。
刻槽的宽度、深度和间距都是光栅的重要参数。
刻槽可以是等宽度的，也可以是非等宽度的，根据刻槽的形状和尺寸不同，光栅可分为光栅片、光栅膜和光栅棱镜等类型。
二、光栅的工作原理光栅的工作原理可以通过衍射和干涉的理论来解释。
当入射光照射到光栅上时，光栅的周期性结构会改变光的传播方向和幅度分布，从而产生衍射和干涉效应。
1. 衍射效应光栅的刻槽会使入射光发生衍射，产生多个衍射波。
这些衍射波的相位和幅度与刻槽的宽度、深度和间距有关。
根据衍射理论，光栅上的衍射波会以一定的角度分布在空间中，形成一系列明暗相间的衍射条纹。
2. 干涉效应光栅的刻槽之间的间距决定了光栅的周期，不同波长的光在光栅上的衍射效应会导致不同的干涉效应。
当入射光为单色光时，惟独特定波长的光能够满足干涉条件，形成干涉峰。
这些干涉峰的位置和强度与光栅的周期和刻槽参数有关。
3. 光栅的工作方式光栅可以通过改变刻槽的参数来实现对光的分光和波长选择。
当入射光为多色光时，不同波长的光会在光栅上产生不同的衍射和干涉效应，从而使不同波长的光分散到不同的方向上。
通过调节光栅的刻槽参数，可以实现对特定波长的光进行选择和分离。
此外，光栅还可以用于光学信息处理。
通过在光栅上加入特定的信息模式，可以实现对光信号的编码和解码，用于光学存储和通信等领域。
三、光栅的应用光栅作为一种重要的光学元件，广泛应用于各个领域。
以下是光栅的几个主要应用：1. 光谱仪：光栅可以分散入射光，将不同波长的光分离开来，用于光谱分析和波长测量。
光栅的结构及工作原理
光栅的结构及工作原理一、光栅的结构光栅是一种具有规则的周期性结构，由一系列平行的凸起或者凹陷构成。
常见的光栅有反射光栅和透射光栅两种。
1. 反射光栅：反射光栅的结构由一系列等间距的平行凹槽构成，凹槽的宽度和间距相等。
光线照射到反射光栅上时，会被分散成不同的波长，形成光谱。
2. 透射光栅：透射光栅的结构由一系列等间距的平行凸起构成，凸起的宽度和间距相等。
透射光栅可以通过衍射将光线分散成不同的波长，也可以用于调制光的相位。
二、光栅的工作原理光栅的工作原理基于衍射和干涉现象。
1. 衍射：当平行光线照射到光栅上时，光线会被光栅的结构衍射成多个方向的光束。
这是因为光栅的周期性结构会导致光的干涉和相位差的变化。
根据衍射的原理，光栅可以将入射光分散成不同的波长，形成光谱。
2. 干涉：光栅的结构可以使得光线经过光栅后发生干涉现象。
当两束光线经过光栅后重新相遇时，它们的相位差会发生变化，从而形成干涉条纹。
这种干涉现象可以用于调制光的相位，实现光的调制和控制。
光栅的工作原理可以通过以下两个方面来解释：1. 衍射光栅：当入射平行光线照射到光栅上时，光栅的周期性结构会导致光的衍射现象。
根据光栅的结构参数和入射光的波长，可以计算出衍射光的角度和强度分布。
这种衍射现象可以应用于光谱仪、激光器和光通信等领域。
2. 干涉光栅：光栅的结构可以使得光线发生干涉现象。
通过调节光栅的结构参数，可以改变光栅对光的相位差的调制。
这种干涉现象可以应用于光学传感器、光学显微镜和光学存储器等领域。
总结：光栅是一种具有周期性结构的光学元件，可以通过衍射和干涉现象实现对光的分散、调制和控制。
光栅的结构和工作原理对于光学领域的研究和应用具有重要意义。
《光栅中的布洛赫模》课件
具有周期性结构的光栅
光栅的周期性结构使其具有特 殊的光学性质和应用潜力。
布洛赫模的概念
1 布洛赫定理简介
布洛赫定理是描述周期势场中电子波函数行为的基本理论。
2 布洛赫模的定义和特点
布洛赫模是在周期势场中存在的满足布洛赫定理的特定电子态。
3 布洛赫模的物理意义
布洛赫模反映了电子在周期势场中的能带结构和导电性质。
《光栅中的布洛赫模》 PPT课件
本课件将介绍光栅中的布洛赫模，包括光栅的基础知识、布洛赫模的概念、 光栅中的布洛赫模理论与分析，以及其在光学研究中的应用和未来发展趋势。
光栅的定义与分类
光栅的定义
光栅是由一系列平行并且等距 分布的条纹或孔洞组成的光学 元件。
光栅的分类
按照构造和特性可分为：反射 光栅、透射光栅、光纤光栅、 体型光栅等。
光栅中的布洛赫模
1
布洛赫模理论与分析
利用量子力学和周期势场理论进行布洛赫模的研究和分析。
2
光栅中的布洛赫模形成
光栅的结构和光学特性促使布洛赫模的形成和存在。
3
光栅中的布洛赫模应用
布洛赫模在光学通信、光谱学等领域具有重要的应用价值。
总结
光栅中的布洛赫模对光学研究的意义
布洛赫模的研究有助于深入理解光栅的光学性质和导电性质。
graded-index photonic lattices. Optics Express, 2017, 25(15): 17966-17973.
布洛赫模的未来发展趋势
随着技术的进步，布洛赫模在纳米光子学和量子信息领域的应用前景广阔。
总结与思考
光栅中的布洛赫模是光学研究中的重要课题，希望通过本课件能够启发更多人的兴趣。
ห้องสมุดไป่ตู้
光栅的结构及工作原理
光栅的结构及工作原理一、光栅的结构光栅是一种具有周期性结构的光学元件，通常由一系列平行的等间距凸起或凹陷的条纹组成。
光栅的结构可以分为以下几个部分：1. 基底：光栅的基底是一个平坦的表面，通常由玻璃或透明的塑料材料制成。
基底的选择要考虑到光栅的使用环境和所需的光学性能。
2. 条纹：光栅的条纹是一系列平行的凸起或凹陷的结构，可以通过光刻技术或机械加工制作。
条纹的间距决定了光栅的周期性，通常用单位长度内的条纹数来表示。
3. 表面涂层：为了增强光栅的反射或透射性能，光栅的表面通常会涂上一层金属或介质薄膜。
涂层的材料和厚度可以根据具体的应用需求进行选择。
二、光栅的工作原理光栅的工作原理基于衍射现象，当入射光线照射到光栅上时，会发生衍射现象，即光线会被分散成多个方向上的衍射光。
光栅的工作原理可以通过以下几个方面来解释：1. 折射衍射：当入射光线从一个介质射入到另一个介质时，由于介质的折射率不同，光线会发生折射。
在光栅上，入射光线经过条纹的衍射作用后，会在不同的方向上发生折射衍射，形成一系列衍射光束。
2. 直射衍射：当入射光线与光栅平行地照射到光栅上时，由于光栅的周期性结构，入射光线会被分散成多个方向上的衍射光束。
这种衍射现象称为直射衍射，其衍射角度与光栅的周期和入射光的波长有关。
3. 反射衍射：当入射光线垂直地照射到光栅上时，由于光栅的周期性结构，入射光线会被反射成多个方向上的衍射光束。
这种衍射现象称为反射衍射，其衍射角度也与光栅的周期和入射光的波长有关。
光栅的工作原理可以通过衍射方程来描述，其中包括光栅的衍射角度、入射光的波长和光栅的周期之间的关系。
根据不同的入射条件和光栅的参数，可以实现对入射光的分光、波长选择和光强调制等功能。
总结：光栅是一种具有周期性结构的光学元件，由基底、条纹和表面涂层组成。
光栅的工作原理基于衍射现象，通过条纹的衍射作用将入射光线分散成多个方向上的衍射光束。
光栅的工作原理可以通过衍射方程来描述，根据不同的入射条件和光栅的参数，可以实现对光的分光、波长选择和光强调制等功能。
光纤光栅压力传感实验
传感器的应用相当广泛，它是人类生活的触角、视野的延伸，也成为了现代人类科学技术活动的重要基础。国家经济建设、国防建设和高新技术的发展都离不开传感器，而传感器总是要在一定的环境中工作。它的性能的优劣直接影响着人类的各种活动，传感器一旦出现问题不仅给国家带来重大的经济损失和大量的资源与能源的消耗，还会给设备、装备、建筑物及人身安全带来威胁。随着人类触角遍及整个地球以及外太空，传统的传感器已经越来越不能满足人类的要求。本课题所研究的传感器以其简单的结构、较高的精度有望在未来满足一些人类的需求。此传感器目前可以通过对飞机等储油箱的多点测量，来实现对液位的监测。由于此传感器可以做得非常薄，所以它非常适合作为液位传感器来使用。
光纤光学8-光纤光栅 PPT
光纤光栅传感器实验指南 - 南昌大学重点
光纤光栅传感器实验指南【原理简述】1．光纤光栅结构及传感应用光纤光栅是利用光纤材料的光折变效应，用紫外激光向光纤纤芯内由侧面写入,形成折射率周期变化的光栅结构（图1）。
当一束入射光照入光纤时，这种折射率周期变化的光纤光栅，将反射满足（1）式相位匹配条件的入射光波：Λ=eff Bn 2λ (1)式中λ B 称为Bragg 波长， Λ为光栅周期，eff n 为光纤材料的有效折射率。
如果光纤光栅的长度为L ,由耦合波方程可以计算出反射率R 为：()sLsL s sL A A R i r 22222*2sinh )2/(cosh sinh )0(0βκκ∆+==图2为一个布喇格光纤光栅反射谱和透射谱。
其峰值反射率R m 为:⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡Λ∆=eff m n nL R 2t anh 2π (2)图2 Bragg 光纤光栅透射谱和反射谱反射的半值全宽度（FWHM ）,即反射谱的线宽值为22⎪⎪⎭⎫⎝⎛∆+⎪⎭⎫ ⎝⎛Λ=∆eff BB n n L λλ (3) 当光栅周围的应变ε或者温度T 发生变化时，将导致光栅周期Λ或纤芯折射率eff n 发生变化，从而产生光栅 Bragg 信号的波长位移 △λ，通过监测 Bragg 波长偏移情况，即可获得光栅周围的应变或者温度的变化情况，因而光纤光栅可用以如：压力、形变、位移、电流、电压、振动、速度、加速度、流量、温度等多种物理量的传感和测量。
2．光纤光栅应变传感原理图3 光纤光栅应变传感头光纤光栅粘接在悬臂梁距固定端根部x 位置，螺旋测微器调节挠度。
由材料力学可知，光纤光栅的应变为：33()l x dhl ε-=（4） 其中l 、h 、d 分别表示梁的长度、挠度和中性面至表面的距离。
挠度变化Δh 时，应变的变化量Δε及峰值波长的变化量为：h l dx l ∆-=∆3)(3ε （5） (1)e B P λλε∆=-∆ （6)Pe 是光纤有效光弹系数。
由（5）、（6）式，光纤光栅应变变化量Δε，可由波长的变化量λ∆转换计算出来，因此，光纤光栅应变传感的表达式为：()E f λ∆= （7）式（7）反映了波长变化与应变变化的函数关系，可由实验方法测出该关系。
光栅的结构及工作原理
光栅的结构及工作原理光栅是一种光学元件，具有特定的结构和工作原理。
它广泛应用于光学仪器、光通信、光谱分析等领域。
本文将详细介绍光栅的结构和工作原理。
一、光栅的结构光栅的结构主要由基底材料和刻槽组成。
基底材料可以是玻璃、石英、金属等，而刻槽则是在基底上刻制的一系列平行的凹槽。
刻槽的宽度和间距是光栅的关键参数，决定了光栅的性能。
光栅可以分为反射型光栅和透射型光栅两种。
反射型光栅是将入射光反射并分散成不同波长的光，透射型光栅则是将入射光透射并分散成不同波长的光。
根据刻槽的形状，光栅又可以分为平行光栅和圆柱光栅两种。
二、光栅的工作原理光栅的工作原理基于衍射现象。
当入射光照射到光栅上时，光栅的刻槽会使光产生衍射。
衍射是光波在通过物体边缘或者孔隙时发生偏折和干涉的现象。
光栅的刻槽间距决定了衍射的角度和波长的关系。
根据衍射公式，当入射光波长和刻槽间距满足一定条件时，衍射光束将呈现出明显的衍射效应。
这种衍射效应可以用来分散光束，将不同波长的光分离出来。
对于反射型光栅，入射光照射到光栅上后，会被刻槽反射并分散成不同波长的光。
不同波长的光经过衍射后，会在不同的角度上形成衍射光束。
这些衍射光束可以被进一步采集和利用。
对于透射型光栅，入射光照射到光栅上后，会被刻槽透射并分散成不同波长的光。
不同波长的光经过衍射后，会在不同的位置上形成衍射光斑。
这些衍射光斑可以被进一步分析和检测。
三、光栅的应用光栅作为一种重要的光学元件，被广泛应用于各个领域。
以下是一些常见的光栅应用：1. 光谱分析：光栅可以将入射光分散成不同波长的光，用于光谱分析和光谱仪器。
2. 光通信：光栅可以用于波分复用和波分解复用，实现光信号的多路复用和解复用。
3. 显示技术：光栅可以用于液晶显示器和投影仪等显示设备中，实现颜色的分离和显示。
4. 光学仪器：光栅可以用于光学显微镜、光学测量仪器等光学仪器中，实现光的分散和分析。
5. 光栅衍射：光栅可以用于教学实验和科学研究中，观察和研究光的衍射现象。
光栅的结构及工作原理
光栅的结构及工作原理引言概述：光栅是一种常见的光学元件，广泛应用于光学仪器、光谱分析、光通信等领域。
本文将详细介绍光栅的结构及其工作原理。
正文内容：1. 光栅的结构1.1 光栅的基本构成光栅通常由一系列等间距的平行凹槽或者凸起构成，这些凹槽或者凸起可以是周期性的，也可以是随机的。
光栅可以分为光学光栅和衍射光栅两种类型，其中光学光栅主要用于光谱分析，而衍射光栅则用于光通信等领域。
1.2 光栅的材料光栅的材料通常选用具有良好光学性能的材料，如玻璃、石英、光学玻璃等。
这些材料具有较高的折射率和透光性，能够有效地进行光的衍射和折射。
1.3 光栅的创造工艺光栅的创造工艺主要包括光刻、蚀刻、电子束暴光等步骤。
其中，光刻是将光栅的图案转移到光刻胶上，然后通过蚀刻或者电子束暴光来形成凹槽或者凸起的结构。
2. 光栅的工作原理2.1 光栅的衍射原理当入射光线通过光栅时，光栅上的凹槽或者凸起会对光进行衍射。
根据衍射理论，光栅的衍射效果可以通过衍射方程来描述，其中包括入射角、衍射角、波长等参数。
2.2 光栅的光谱分析原理光栅的光谱分析原理是基于衍射效应的。
当入射光线通过光栅时，不同波长的光会以不同的衍射角度进行衍射，从而形成光谱。
通过测量光谱的特征，可以得到光的波长、强度等信息。
2.3 光栅的光通信原理光栅在光通信中的应用主要是基于衍射光栅的工作原理。
当光通过衍射光栅时，会发生衍射现象，从而将光束分成不同的方向。
这种特性可以用于光纤通信中的波分复用技术，实现多路复用和解复用的功能。
总结：综上所述，光栅是一种重要的光学元件，具有广泛的应用领域。
本文详细介绍了光栅的结构、材料和创造工艺，并阐述了光栅的工作原理，包括衍射原理、光谱分析原理和光通信原理。
通过深入了解光栅的结构及工作原理，我们可以更好地应用光栅技术，推动光学领域的发展。
光纤光栅原理及应用
光纤光栅原理及应用•作者：饶云江王义平朱涛•丛书名：当代杰出青年科学文库•出版社：科学出版社•ISBN：7030167546•上架时间：2007-2-10•出版日期：2006 年8月前言.第1章概论1．1 光纤光栅发展概况1．2 光纤光栅分类1．3 光纤光栅应用概况1．4 本书提纲参考文献第2章光纤光敏性2．1 光敏性介绍2．2 硅基光纤的光敏性2．3 光致折变的各向异性2．4 点缺陷2．5 硅光纤光敏性的增强2．6 光敏性机理2．7 其他种类光纤的光敏性2．8 光致折变的清除与保持参考文献第3章光纤光栅写入方法3．1 内部法写人光纤布拉格光栅3．2 干涉法制作光纤布拉格光栅.3．3 相位模板法制作光纤布拉格光栅3．4 逐点法写入布拉格光栅3．5 模板成像投影法3．6 光纤光栅写入中的激光光源3．7 特殊光栅的制作过程3．8 氢载对制作光纤光栅的影响3．9 透过聚合物敷层制作光纤布拉格光栅3．10 长周期光纤光栅写入法参考文献第4章光纤布拉格光栅理论4．1 光纤布拉格光栅的耦合模理论4．2 非均匀光栅中的双模耦合4．3 倾斜光栅4．4 包层模耦合4．5 辐射模耦合4．6 光纤布拉格光栅的数值算法4．7 布洛赫波4．8 非线性光栅效应4．9 讨论参考文献第5章光纤布拉格光栅的特性5．1 均匀光纤布拉格光栅5．2 光纤布拉格光栅的种类5．3 光纤布拉格光栅的脉冲响应5．4 光纤布拉格光栅的寿命和可靠性参考文献第6章光纤布拉格光栅在传感中的应用6．1 概述6．2 传感原理6．3 fbg传感系统中的探测解调技术.. 6．4 fbg复用技术6．5 fbg传感器的应用6．6 其他应用参考文献第7章光纤布拉格光栅在通信中的应用7．1 光纤激光器7．2 光纤放大器7．3 光纤布拉格光栅二极管激光器7．4 光纤布拉格光栅滤波器7．5 波分复用懈复用器7．6 密集波分复用器7．7 色散补偿器7．8 光纤布拉格光栅的其他应用7．9 小结参考文献第8章长周期光纤光栅理论8．1 长周期光纤光栅理论模型的发展8．2 耦合模理论8．3 长周期光纤光栅的模式耦合i 8．4 长周期光纤光栅的模式耦合ⅱ 8．5 级联长周期光纤光栅8．6 小结参考文献第9章长周期光纤光栅的特性9．1 长周期光纤光栅的温度特性9．2 长周期光纤光栅的轴向应变特性9．3 长周期光纤光栅的弯曲特性9．4 长周期光纤光栅的扭曲特性9．5 长周期光纤光栅的横向负载特性9．6 小结参考文献第10章长周期光纤光栅在传感中的应用10．1 温度应变同时测量传感器10．2 长周期光纤光栅高温传感器10．3 弯曲不敏感的长周期光纤光栅传感器10．4 能判别弯曲方向的弯曲传感器10．5 高灵敏度的弯曲传感器10．6 能判别扭曲方向的扭曲传感器10．7 温度和负载同时测量传感器10．8 动态横向负荷传感器10．9 级联长周期光纤光栅在传感领域中的应用10．10 长周期光纤光栅的其他传感应用10．11 小结参考文献第11章长周期光纤光栅在通信中的应用11．1 增益均衡器11．2 ase噪声滤波器11．3 集成长周期光纤光栅的光纤耦合器11．4 长周期光纤光栅偏振相关睦的利用和补偿方法11．5 级联长周期光纤光栅构成的梳状滤波器11．6 wdm通道隔离器11．7 多波长光纤光源11．8 通信应用中长周期光纤光栅温度敏感性的补偿方法11．9 长周期光纤光栅的其他通信应用11．10 小结参考文献...增透膜的原理及应用陕西省安塞县安塞高级中学物理教研组贺军摘要：在光学元件中，由于元件表面的反射作用而使光能损失，为了减少元件表面的反射损失，常在光学元件表面镀层透明介质薄膜,这种薄膜就叫增透膜。
光栅的结构及工作原理
光栅的结构及工作原理光栅是一种光学元件，它具有特殊的结构和工作原理，用于分光、波长选择、光谱分析等应用。
本文将详细介绍光栅的结构和工作原理。
一、光栅的结构光栅通常由一块平行的光学平面表面上刻有一系列平行的凹槽或者凸起的结构组成。
这些凹槽或者凸起被称为光栅刻线，它们可以是等距的，也可以是非等距的。
光栅刻线的数量称为光栅的刻线密度，通常用单位长度内的刻线数来表示，单位是每毫米刻线数（lines/mm）。
光栅的刻线可以分为两种类型：反射式光栅和透射式光栅。
反射式光栅是将光栅刻线刻在反射性较好的材料上，如金属或者光学玻璃。
透射式光栅则是将光栅刻线刻在透明的材料上，如光学玻璃或者光学塑料。
二、光栅的工作原理光栅的工作原理基于衍射现象。
当入射光线照射到光栅上时，光栅刻线会对光进行衍射，产生多个衍射光束。
这些衍射光束的方向和强度取决于光栅的刻线密度和入射光的波长。
对于反射式光栅，入射光线照射到光栅上后，一部份光被反射回来，形成反射光束。
这些反射光束的方向满足衍射条件，即满足布拉格方程：nλ = d(sinθi ±sinθm)，其中n为衍射级次，λ为入射光的波长，d为光栅的刻线间距，θi为入射角，θm为衍射角。
对于透射式光栅，入射光线照射到光栅上后，一部份光通过光栅，形成透射光束。
透射光束的方向也满足衍射条件，即满足布拉格方程。
与反射式光栅不同的是，透射光束的衍射级次与反射光束相反，即当反射光束为一级衍射时，透射光束为零级衍射。
光栅的工作原理可以通过级次方程来描述，级次方程是衍射条件的解析形式。
级次方程可以用来计算不同级次的衍射角度和强度，从而实现光栅的光谱分析和波长选择功能。
三、光栅的应用光栅作为一种重要的光学元件，广泛应用于光谱仪、激光器、光纤通信等领域。
以下是一些典型的光栅应用：1. 光谱仪：光栅可以将入射光分散成不同波长的光束，实现光谱分析。
通过调节光栅的刻线密度和入射角度，可以选择特定的波长范围进行分析。
光栅的结构及工作原理
光栅的结构及工作原理光栅是一种常用的光学元件，它具有特殊的结构和工作原理，能够对光进行衍射和干涉，广泛应用于光谱分析、光学成像、激光技术等领域。
本文将详细介绍光栅的结构和工作原理。
一、光栅的结构光栅通常由一系列平行且等间距的凹槽或凸起构成，这些凹槽或凸起被称为光栅刻线。
光栅刻线的间距称为光栅常数，用d表示。
光栅的刻线可以是光滑的，也可以是由一系列等宽的平行线条组成的。
光栅可以分为平面光栅和光栅衍射光栅两种类型。
平面光栅的刻线平行于光栅表面，而光栅衍射光栅的刻线是按照某种规则曲线形成的。
二、光栅的工作原理光栅的工作原理基于衍射和干涉现象。
当入射光照射到光栅上时，光栅的刻线会对光进行衍射，将光分散成不同的波长，形成衍射光谱。
同时，光栅的刻线也会对光进行干涉，形成干涉条纹。
1. 衍射现象光栅的刻线间距d决定了光栅对光的衍射效应。
根据衍射理论，当入射光波长λ和光栅常数d满足一定关系时，衍射光会出现明暗相间的衍射条纹。
这种现象被称为衍射。
2. 干涉现象光栅的刻线形成了一系列等宽的光栅间隙，这些间隙对入射光进行干涉，形成干涉条纹。
干涉条纹的形状和间距与光栅的结构有关，可以通过调节光栅的刻线间距和形状来改变干涉条纹的特性。
三、光栅的应用光栅作为一种重要的光学元件，具有广泛的应用领域。
1. 光谱分析光栅可以将入射光分散成不同波长的光谱，用于光谱分析。
通过测量光栅衍射光谱的特征，可以确定样品的成分和结构。
2. 光学成像光栅可以用于光学成像系统中，通过调节光栅的刻线间距和形状，可以改变成像系统的分辨率和焦距，实现高质量的光学成像。
3. 激光技术光栅在激光技术中也有重要应用。
通过光栅的衍射和干涉效应，可以调节激光的波长、功率和方向，实现激光束的调制和控制。
总结：光栅是一种常用的光学元件，其结构由一系列平行且等间距的凹槽或凸起组成。
光栅利用衍射和干涉现象对光进行分散和调控。
光栅在光谱分析、光学成像和激光技术等领域有着广泛的应用。
光栅中的布洛赫模35页PPT
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
光栅中的布洛赫模
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
光栅中的布洛赫模
1.引言
1.1 虽然亚波长光栅的电磁特性，可以利用RCWA精确地计算 出来；但不能直接理解其中潜在的物理效应。某些光学效应， 比如sharp anomalies，可以认为由leak modes的共振激发引起 的(光栅的结构表现为周期性的波导)，而被很好地理解。
2.光栅特性的经典解释
3.光栅特性的全新解释
3.1 孤立界面：本节将研究Bloch mode在孤立界面上 的耦合系数以及它们对光栅光学特性的影响。
3.1.1我们都知道，当光栅周期远小于周期时，光栅 区域中只有一个传播的Bloch mode，其他都是倐逝 波。这个单模模型，是EMT的核心。下面的分析中， 光栅区域能量的流动是通过几个传播的Bloch mode 来调节的。用这种方法，可以认为光栅是由真空和 一系列亚波长狭缝，这两个单独的界面构成的。
如下图所示，固定光栅周期p=1.2,缝宽w=0.1。假设槽深无穷 大，以消除底部反射光对入射上表面的反射和透射光的影响。
4.2.2 Propagation constants and Bloch mode profiles (1)根据图1，在z>0区域，磁场可以表示为
与垂直入射的情形相比，倾斜入射所允许的Bloch modes是前 者的2倍之多。这是因为，垂直入射仅激发even modes;而倾 斜入射打破了左右的对称性，因此也许更多的模存在。实际 上，在垂直入射下，也能在光栅中找到非对称的模，只是在 匹配边界条件时，他们的系数为零了。
4.金属光栅中的布洛赫模
4.1平面波垂直入射
光栅中的布洛赫模PPT35页
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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光栅中的布洛赫模
61、辍学如磨刀之石，不见其损，日 有所亏 。 62、奇文共欣赞，疑义相与析。
63、暧暧远人村，依依墟里烟，狗吠 深巷中 ，鸡鸣 桑树颠 。 64、一生复能几，倏如流电惊。 6都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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其中， 对于正入射，对称性将仅仅激发even modes,也就说
4.2平面波倾斜入射
4.2.1引言
在前文基础上展开，保持周期、缝宽不变，探究金属光栅在 平面波各不同入射角下的透射特性。与前文一样，仅关注TM 偏振，因为TE偏振光不会在光栅中激发任何guided modes. 如下图所示，固定光栅周期p=1.2,缝宽w=0.1。假设槽深无穷 大，以消除底部反射光对入射上表面的反射和透射光的影响。
5.布洛赫模与简化模关系浅析
5.1光栅光学特性的经典解释是著名的polology approach,它是研究 与整个光栅衍射问题问题有关的散射算符的极点和零点。这里我 们选择了在光栅中来回反射并且在光栅界面处耦合的Bloch mode。 整个两种方法相互不矛盾，仅仅对于相同的物理机制或光学特性 做出两个不同或者互补的解释。 光栅区域中传播的Bloch mode的个数对于光栅特性的影响是很大 的。当仅有一个传播的Bloch mode 时，光栅就像是一个均匀的薄 膜，经典的EMT很好的预测其光学特性。而当存在第二个传播 Bloch mode时，它将导致瑞利异常，严重影响光栅的光学特性。 通过计算Bloch mode在光栅界面处的耦合系数，发现耦合Bloch mode模型能够预测、解释光栅的很多光学特性。相反，对于显著 的异常。常被认为来自于一个在光栅中传播的transverse leak wave 的激发，这个波有一个很小的群速度。而我们的模型认为，其来 自于单一的弱耦合Bloch mode的vertical FP resonance。
下图表示，在入射角为30度，特征方程的根(传播常数)在复 平面上位置。在目前的条件下，第一个模是光栅中唯一的 guided mode。而其他模的虚部较大，因此仅存在于入射界面 处。多数高阶模沿着y轴方向的损耗较小，因此它们沿着平 行于上表面的方向传播，帮助建立了此表面两侧电场磁场的 连续性。
4.2.3 Matching the boundary conditions at the entrance facet of the slit array
4.2.3 Wood’s anomaly and SPP excitation at oblique incidence
(1)下图中，总的透过率T和guided modes的透过率T1之间的差异， 是在入射界面处被吸收的光的能量。在T和T1上，两个大的凹陷对 应于SPP anomaly;而较小的局域的峰值对应于Wood anomaly。 这些异常的入射角，可以由简单的公式计算出来
2.光栅特性的经典解释
3.光栅特性的全新解释
3.1 孤立界面：本节将研究Bloch mode在孤立界面上 的耦合系数以及它们对光栅光学特性的影响。 3.1.1我们都知道，当光栅周期远小于周期时，光栅 区域中只有一个传播Bloch mode，其他都是倐逝 波。这个单模模型，是EMT的核心。下面的分析中， 光栅区域能量的流动是通过几个传播的Bloch mode 来调节的。用这种方法，可以认为光栅是由真空和 一系列亚波长狭缝，这两个单独的界面构成的。 3.1.2模耦合系数，尽管在光栅散射问题中具有核心 地位，但前人少有研究。
5.2 对于理想的金属光栅，经典模式方法将光栅内部的场展 开为一系列离散的模式。因为矩形槽型的金属光栅内部模式 简单；在边界上匹配光栅内部模式展开以及光栅外侧的瑞利 展开，即可得到金属光栅的衍射效率等信息。 Bloch mode属于模式理论的内容，借助严格的数值解，有助 于人们理解衍射特征背后的物理本质。
3.2耦合布洛赫模共振模型 3.2.1双布洛赫模共振模型
(1)基于光栅中两个传播Bloch mode的循环，提出了一个 共振模型。该模型能预测光栅在正入射下的反应。这是 因为，正入射时仅第一第三个Bloch mode在光栅中传播， 并且在光栅界面处交换能量；而第二个Bloch mode相对 于z轴是不对称的，且不和其他传播模交换能量。 (2)在这个模型中能量的转换和仅考虑一个Bloch mode的 EMT有着很大的不同。对于小角度入射，在一个较窄的 频谱范围内，出现了显著的异常。对于TE偏振，有一个 定量的符合；而对于TM偏振，有此模型预测的共振点较 RCWA有一个蓝移。除了一些频谱的移动，此模型能够 很好的预测透射和反射的real zeros的存在。光栅散射矩 阵s的散射系数的real zeros的存在与能量守恒、相互作用、 对称性有关。尽管模型并不确切，但其涵盖了基本的特 性。
(2)下图详细的描绘了，slit array是如何影响狭缝附近处场的 分布的。
(2)把金属光栅中的光场进行Bloch mode展开，是一个可行的方案， 其对于任意倾斜入射的角度都是适用的。每个Bloch mode都是此 结构的一个自然的结果，其在光栅中独立的传播。每个模的能量， 都可以在入射界面，通过匹配入射的电场磁场与反射及入射的电 场磁场而确定。 与传统的RCWA相比，Bloch mode的一个优势在于其具有较快的收 敛速度。可以看到，在金属光栅入射界面处，SPP的激发使得透过 的guided mode的能量大幅度减少。这个行为与Wood anomaly是完 全不同的。后者，某一衍射级次在入射界面两侧的转变造成了图T 中的一个微小的峰值。但是，并不使得透过光栅的guided mode减 小。
4.金属光栅中的布洛赫模
4.1平面波垂直入射
4.1.1 引言 对于surface plasmon polaritions(SPP)在金属光栅透射特性中的 作用；Cao等认为SPP对透射增强起消极作用，而Porto 认为 SPP促进透射 。这个矛盾的出现，需要有关SPP现象的一个令 人满意的解释。如果不能阐明surface plasmon, Wood anomaly, High transmission efficiencies之间的联系，就难以解释前面的 不一致。 Evanescent modes(confined to the facet of slit array) 与guided modes(propagate into the slit)之间的相互作用，决定了金属光 栅的透射特性。(这里guided mode 指的是在光栅中传播的电 磁模)。
我们的计算表明，SPP的激发导致了金属光栅透射效率的巨大衰减；而高 的透射效率通常和Wood anomaly的出现有关，并且Wood anomaly不是高 透射效率的唯一因素。 我们使用Bloch mode而不是Bloch wave,是因为这样的模存在而且独立的传 播。各个被激发出来的模的能量，可以通过匹配边界条件来确定。 4.1.2 Bloch mode 我们仅仅考虑平面线偏振光，其波矢位于yz平面，也就是入射TM偏振光。 下面将把slits和metallic中的电场和磁场表示为非均匀平面波的叠加，并 且求解由边界条件所导致的方程。
4.2.2 Propagation constants and Bloch mode profiles (1)根据图1，在z>0区域，磁场可以表示为
与垂直入射的情形相比，倾斜入射所允许的Bloch modes是前 者的2倍之多。这是因为，垂直入射仅激发even modes;而倾 斜入射打破了左右的对称性，因此也许更多的模存在。实际 上，在垂直入射下，也能在光栅中找到非对称的模，只是在 匹配边界条件时，他们的系数为零了。
光栅中的布洛赫模
主要内容
1.引言 2.光栅特性的经典解释 3.光栅特性的全新解释(Bloch Mode) 4.金属光栅中的Bloch Mode 5. Bloch Mode与Simplified Mode关系浅析 6.参考文献
1.引言
1.1 虽然亚波长光栅的电磁特性，可以利用RCWA精确地计算 出来；但不能直接理解其中潜在的物理效应。某些光学效应， 比如sharp anomalies，可以认为由leak modes的共振激发引起 的(光栅的结构表现为周期性的波导)，而被很好地理解。 1.2对于微调制的周期性波导，leak-mode分析方法能够提供 也深入的物理见解。过调制时，由于leakage和band gaps较大， 散射矩阵s就显得比较复杂了。另外，有效介质理论(EMT)完 全不能预测目前光栅形貌的频谱特性。这是因为在我们感兴 趣的频谱范围内，有几个Bloch mode在其中传播。只有周期 性结构中仅一个传播的Bloch mode并且槽深足够大，即 evanescent Bloch mode并不参与光栅中能量的转移，EMT的 分析才比较精确。
6.参考文献
1. Transmission of light through periodic arrays of sub wavelength slits in metallic hosts 2. Optical transmission at oblique incidence through a periodic array of sub-wavelength slits in a metallic host 3. Optical Properties of Deep Lamellar Gratings A Coupled Bloch-Mode Insight 4. Bloch-mode coupling to analyze periodic slits in metallic film
The first ten modes of a slit array in a semi-infinite silver host (p = 0.9μm, w= 0.1μm, λo= 1.0μm, normal incidence). 第一个模是 guided mode,所有其他的模沿着z轴高度衰减。 对于金属中的模，他们可以沿着y轴延伸，而衰减很小。那 些modes在金属的上表面累积电荷和电流，并且对于slits拐角 处电荷的累积也有贡献。
下面，我们来考察Bloch mode级数展开的收敛性。如左图所示， 随着N的增加，模的系数迅速地收敛为其稳态。总之，N大概取值 为50时，就能够获得误差小于0.1%的耦合系数。这个数目大概是 正入射的2倍。如右图所示，为光栅中前20个模的振幅，有三种情 况：普通，Wood anomaly, SPP。经过简单分析可见，正如垂直入 射情形，SPP似乎抑制guided mode和光栅中高阶模。入射光的一 部分能量在金属的入射界面被强烈吸收，而剩下的光以镜面反射 的形式回到了入射空间。