DESIGN AND ANALYSIS OF CIRCULAR DIFFRACTION GRATINGS

Abstract

Circular diffraction gratings have been formed by a new holographic technique using a circular diffraction grating generator. This specially designed fixture consists of a mirror in the shape of the interior of a truncated cone that splits and redirects a beam of coherent and collimated light to form an interference pattern of concentric rings. The interference pattern can be directly inscribed in surface-relief on a thin film of azobenzene functionalized glass forming compound. The derived theory correctly predicts that the pitch of the resulting circular gratings can be controlled by altering the geometry of the mirrored fixture. The inscription optical geometry can be further modified by adding a focusing lens and by changing the position of the focal point of inscribing light with respect to the sample film, affecting the rate of change of the pitch. Ring gratings with a relatively smooth centre can be created by lowering the height of the mirrored fixture below a certain critical height. The interior and exterior radii, the grating pitch, and the rate of pitch change (or chirp) of the resulting circular gratings can therefore be controlled, adding additional flexibility to the manufacturing process. The result is a relatively large scale circular or ring grating, on the order of 1 cm diameter, that can be quickly and easily fabricated using common optical lab equipment to meet photonic applications specific requirements.

Des réseaux de diffraction circulaires ont été formées par une technique holographique en utilisant un générateur des réseaux de diffraction circulaires. Cette monture, spécialement conçue, consiste d'un miroir en forme de l'intérieur d'un cône tronqué, qui divise et redirige un faisceau de lumière cohérente pour former un patron d'interférence d'anneaux concentriques. Le patron d'interférence peut être inscrit directement en réseau de surface sur un film d’un verre fonctionnalisé d'azobenzéne. La théorie dérivée prédit correctement que le pas des réseaux circulaires résultants peut être contrôlé en modifiant la géométrie de la monture d'inscription. La géométrie optique d’inscription peut être encore modifiée par l'ajout d'une lentille ainsi qu’en changeant la position du point focal du rayon d’inscription par rapport au échantillon, ce qui affecte le taux de variation du pas. Des réseaux en anneaux ayant un centre relativement lisse peuvent être créés en diminuant la hauteur de la monture au-dessous d'une certaine taille critique. Les rayons intérieur et extérieur, le pas du réseau, et le taux de changement du pas peuvent donc tous être contrôlés. Le résultat est un réseau circulaire relativement grand de l'ordre de 1 cm de diamètre, qui peut être rapidement et facilement fabriqué en utilisant des équipements communs dans les laboratoires d’optique, afin de répondre aux exigences spécifiques des applications photoniques.