立项评审通过 创新训练 140物理学 理论研究-科学技术未定级

光栅作为应用于多领域的重要光学元件，常被用于对光线进行多种处理，而出于对简化光束控制的需求，可调光栅常数的光栅被广泛应用于相关场合，但传统材料的力学性能严重限制了光束转向角和循环寿命，且施加在光栅上的大应变会严重损害器件在寿命和衍射图案保真度方面的性能，再加上材料性能、工艺成本等限制，现有的可变常数光栅在实际应用中仍有很多不足。 目前国内外的研究中，有基于具有表面微槽和涂层的有机硅弹性体的可拉伸光栅，但其在高应变下性能会受到影响，且存在金属涂层的开裂和/或大变形下随机、不均匀的应变分布这一主要问题，导致这类光栅很少能在伸长率超过 30% 的情况下发挥作用，而这远远低于组成弹性体的变形极限。还有利用MEMS技术实现的可变电控光栅常数的光栅，响应快，精度高，但其特征尺寸比光波长得多，并存在制作复杂、成本高昂、易受外界干扰等缺点，降低了可靠性和实性。 面对这种需求和当前研究的不足，本项目受近年利用图案化切割的应变工程类研究启发，设计并制作了一种基于缝隙交错来实现可变光栅常数的衍射光栅，项目旨在验证和展示该种光栅设计的应用潜力及其优点，并探究光栅切割图案设计对衍射效果的影响及其规律。该种光栅的结构使它能够在自身材料无弹性的条件下产生结构上的变形，以实现光栅常数的可变，从而达到对光束的动态控制效果。本研究采用激光切割薄膜的方法获得该种光栅，进行多组实验，验证并展示该种光栅成本低、损耗小、灵活性高等优点。同时由于该种光栅的光栅常数可平滑变化的特点，它尤其适用于直观展示光栅衍射，因此本项目在获得一些有价值的研究成果的同时，也能够起到对教学的帮助作用。