Bragg体光栅制备及其带宽特性研究

本项目通过物理学、材料科学和信息科学等相关学科的交叉与融合，开展Bragg体光栅的制备及其带宽特性研究，将光热敏折射率玻璃和微纳光学制备手段有机结合，发展大尺寸Bragg体光栅的制备技术，实现适合超短脉冲光束控制的Bragg体光栅制备,并用于研究超短脉冲激光经过Bragg光栅的光束衍射特性；研究Bragg光栅组合对于空间啁啾的控制效应；研究Bragg光栅作为角选择器件的输出特性以及超短脉冲激光的滤波技术研究；研究超短脉冲激光经过Bragg光栅组合的时间特性；研究插入式Bragg光栅的横模选择特性。掌握超短脉冲激光的空间控制规律和技术；掌握超短脉冲激光的啁啾光谱控制规律和技术。本课题无疑将开拓一个材料科学、微纳光学加工技术和激光技术及其应用的新领域。不仅在微纳结构光学器件的制备技术发展方面具有重要意义，而且在先进激光科学技术和光学观测等高新技术领域具有重要的实用价值。

本课题主要开展了Bragg体光栅的制备技术、带宽特性和衍射特性及其在激光技术中的应用研究。解决了光热折变（PTR）玻璃的制备和优化问题，解决了Bragg体光栅制备工艺和热处理工艺，制备了透射型Bragg体光栅和啁啾Bragg器件。建立了电场任意方向入射光栅的理论模型，利用多波理论推导出相应的耦合波方程，得到了p光和s光入射情况下的衍射效率公式，以及相应的角度选择曲线和光谱选择曲线随光栅参数的变化情况，并开展了Bragg体光栅的偏振特性实验研究。开展了Bragg体光栅带宽特性与角度选择性和衍射效率的关系研究，明晰了光栅带宽、衍射效率和角度选择特性与光栅结构参数的关系。. 将Bragg体光栅成功应用于激光技术研究中。提出了基于面结构光栅和Bragg体光栅组合的“三明治”结构，实现了基于这种“三明治”宽带角选择近场滤波，带宽扩展了约25倍，达到65nm。提出并实现了基于Bragg体光栅和传统空间滤波器的混合滤波技术，改善了传统滤波器的性能，激光近场调制度和对比度大大改善；并且混合滤波器可以放宽空间滤波器中小孔的口径，在不改变原有激光结构的条件下获得更低的截止频率，对于抑制堵孔效应以及提高光束近场质量等具有重要的意义。. 利用啁啾Bragg体光栅组合实现了大的群色散延时，并讨论了CVBG的色散问题。将激光脉冲从约20ps展宽到纳秒量级，实验结果与基于传输矩阵的模拟结果一致。分析了时域波形的畸变，并发现这种畸变由CVBG的光谱剪切和不均匀的反射谱引起。采用高功率激光1064nm/10ns/1-1.5J和1053nm/3ns/50J激光器开展了Bragg光栅激光损伤实验研究，利用1kW连续波光纤激光开展了Bragg体光栅的损伤特性研究，验证了Bragg体光栅可应用于高功率激光系统中。此外，开展了半导体激光输出光谱稳定研究以及采用透射型Bragg体光栅开展了光束合成初步研究。开展了基于透射型Bragg体光栅的近场滤波光束波前特性分析，实验发现经过Bragg体光栅后光束波前明显改善。本课题的研究结果为今后开展Bragg体光栅的设计和制备、带宽特性研究以及Bragg体光栅在激光技术等方面的应用研究奠定了技术基础。