Rough diffraction gratings: applications to linear optical encoders

Abstract

In this Thesis work we present theoretical, numerical and experimental analyses of the behavior of non-perfect diffraction gratings. We have permormed an analyses of diffraction gratings engraved on a steel tape. This kind of gratings can be found in industrial devices such as optical encoders for long range measurements (> 3 m). The main objectives of this Thesis work are to find a theoretical formalism which describes the behavior of this kind of gratings in near and far field approaches. We also propose a new kind of diffraction grating based on periodical variations in the micro-topographic properties of the surface. Besides, we analyze other kind of imperfections in gratings like rough edges, which can be produced during the fabrication process. Another important result is the cancellation of Talbot effect using masks formed by two gratings. This Thesis work has been motivated by a long collaboration with private industry related with fabrication of high accuracy metrology systems.

En este trabajo de Tesis Doctoral presentamos un análisis teórico, numérico y experimental del comportamiento de redes de difracción con características no perfectas. En un primer lugar hemos realizado un estudio de las redes de difracción grabadas sobre fleje de acero. Este tipo de redes se pueden encontrar en dispositivos de trascendencia industrial como son los codificadores ópticos para medida de largar distancias (>3 m). Los objetivos principales de este trabajo son encontrar un formalismo analítico que describa el comportamiento de redes de difracción sobre fleje de acero tanto en campo cercano como en campo lejano. También proponemos un nuevo tipo de red de difracción basada en variaciones periódicas en las propiedades micro-topográficas de la superficie. Además, analizamos otros tipos de imperfecciones tales como la aparición de bordes rugosos en las franjas de la propia red de difracción, que pueden ser debidos al proceso de fabricación. Otro resultado relevante de este trabajo es la cancelación del efecto Talbot usando mascaras compuestas por dos redes de difracción. Este trabajo ha sido motivado por una larga colaboración con la industria relacionada con la fabricación de sistemas de metrología de precisión.