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磁液体光栅

针对传统光栅衍射效应固定不变，不可调节，运用面狭窄的问题，提出了一种磁流体光栅，利用外磁场的强度来控制磁流体的折射率和吸收系数，进而使得磁流体光栅的折射率调制和吸收系数调制随外磁场的改变而改变，实现磁流体光栅衍射效率可调的特性。所述磁流体光栅包括一个周期性凹槽、一种磁流体、一个光学透明的刚性覆盖层及一个磁场产生装置，磁流体填入周期性凹槽的各个凹槽中，光学透明的刚性覆盖层将磁流体密封在周期性凹槽中，磁场产生装置置于周期性凹槽外，磁场产生装置通电后在磁流体所在的位置产生均匀、可调的磁场，用于改变磁流体的折射率和吸收系数。所述的周期性凹槽是在光学透明的刚性衬底上用带折射率的光学材料隔成一个个凹槽，制作凹槽的方法采用蚀刻法。所述磁流体，由表面包覆活性剂的磁性微粒和用于分散磁性颗粒的液相载液组成。所述周期性凹槽的深度在1μm—10μm之间、宽度在1μm一200μm之间。所述光学透明的刚性衬底和光学透明的刚性覆盖层为石英(Si02）、光学玻璃。所述的周期性凹槽的周期Λ、深度d、入射光波长λ和磁流体光栅的平均折射率n0满足关系式2πλd／(noΛ)2<<1薄光栅条件，形状选用矩形、锯齿形、余弦形。所述的磁流体的磁性微粒选用四氧化三铁(Fe304)、三氧化二铁(Fe203)、锰锌铁氧体，表面活性剂选用油酸、亚油酸、橄榄油，液相载液选用水、煤油。所述的磁场产生装置包括一个或一对螺线圈和一个可调直流恒流源，该可调直流恒流源用于给电磁铁或螺线圈供电，其输出电流的大小控制电磁铁磁场或螺线圈感应磁场的强度。所述的磁场产生装置产生的磁场平行于衬底或覆盖层的表面、并且垂直于凹槽的长边侧壁。将磁流体这一液相磁性物质用来制作光栅，利用磁流体的折射率和吸收系数随外磁场强度变化的特点，通过外磁场即可控制光栅的衍射光效率，从而实现了衍射奴率可调的光栅。实现了可在线、实时调节指定阶次衍射光的衍射效率，为光通讯和光子器件领域的性能提高提供了新的方法。

上海理工大学 2021-04-11