LCF-1 光柵外形與間隔對於一階繞射效率的影響… 51

前節了解光柵重疊區對於繞射圖案的影響之後，本節將繼續探討光柵 間隔對於一階繞射強度的影響。下圖左為本論文中的光柵點陣列，光柵點 間距由 40m(左圖)增加為 50m(右圖)之後，光柵密度變低且重疊區消失:

當光柵點間距改變時，可繞射區域與不可繞射區域的比例跟著改變，

繞射現象本質上不會改變，因此可以比較光柵點間距變化對於一階繞射強 度的影響;模擬的條件如下:

圖 5.8 光柵點間距模擬條件設定

觀察位於天頂 0^o正上方 2*2mm^2 接收面上的的光點分佈，總光形大小 為 1mm^2，每一個黑點均來自光柵點的一階繞射，黑點間的空白區原為±45^o 光柵點的位置，若空白區越多，則接收到的光量越少；反之，若黑點越多 越密，即等於光量越多。

圖 5.9 550nm 0^o一階繞射光點分佈圖

將 LCF-1 的圓形光柵點間隔從 30m 提高到 60m，並同時與方形光柵 點作模擬比較，結果是具有較密集排列的 50m 方形光柵其一階繞射光強度

可以達到最高，並且隨著光柵點密度降低而降低。當光柵間隔小於光柵點 而有重疊區時，圓形 40mm 的反射率下降較輕微，原因為光柵交會區的面積 比方形光柵小。

表 5.10 LCF-1 改變光柵形狀與光柵點間隔對於一階繞射強度的影響

5.4 複合式多光柵周期與方向之干涉點陣列

方形 50m*50m 光柵點以間隔 40m 排列的時候，有以下二項優點:

(1)光柵點間沒有空白區(2)重疊區面積比圓形光柵大。本節將以此排列方 式，對光柵點陣列作延伸設計，其中增加的項目為:

(a)增加光柵周期 : 由 1.1m 增加為 1~1.3m，共四種周期。

(b)增加光柵角度 : 由 0^o±45^o改為 -20^o~20^o，每 2^o一個，共有 21 種角度。

光柵種類增加以後，需要 4*21=84 個光柵點以亂數排列方式來組成，

根據表 5.10 的計算，方形光柵間隔 40m 的光柵密度為 625 點/mm^2，因此 平均每種光柵在單位釐米平方的密度變為 625/84=7.44 個。當入射光以 550nm 波 長0^o,0^o 照 射 於 此 光 柵 陣 列 時 ， 其 一 階 繞 射 的 角 度 變 成 -2.8^o4.4^o，等於增加了 7.2^o的範圍，橫向方面則為-20^o20^o=40^o的範圍。

圖 5.11 1~1.3 ; -20^o~20^o 複合式光柵模擬

0 階

+1 階 -1 階

光柵重疊區 繞射光

光柵重疊區 繞射光

圖 5.11 的模擬結果顯示了擴大的一階繞射區，但是強度也大幅的減低了;

同時，光柵重疊對於零階無繞射光的擴散效果，也可以從模擬中看出來。

將入射光改為=30^o後，原本繞射方向為-30^o的+1 階光剛好移到 0^o區 域，而 0 階反射光移到+30^o的位置，如圖 5.12 中+1 階的扇形區域所示:

圖 5.12 多向光柵的 30^o入射繞射模擬

以上模擬光柵點陣列的繞射效果是以單波長 550nm 綠光，其一階繞射 剛好位於 0^位置，其他可見光以此為中心散落在-5.2^o5.2^o之間，在角方 面則都是一樣落在-20^o20^o 之間;各個繞射階之間的區域只要增加光柵周 期，即可將光繞射到這些空白區，但是會增加製作上的難度，因此若能將 光柵的製作方式，由雷射光干涉點改為數位式灰階光罩，直接將光柵線條 寫入，即可達到任意形式的光控制膜。

0 階

+1 階

0 階 +1 階

光柵重疊區 繞射光

繞射光