專利名稱：制作低頻全息光柵的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
制作低頻全息光柵的裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及全息光柵制作領(lǐng)域，特別是一種制作低頻全息光柵的
裝置。 '
背景技術(shù)：
光柵具有巧妙的周期性結(jié)構(gòu)，利用其分光能保證所分光束具有相同的 偏振狀態(tài)，所以光柵成為重要的分光元件，由其制成的光柵光譜儀、光柵 攝譜儀、光柵單色儀在光譜分析和光度測量中具有重要的作用，所以光柵 在光纖通訊、光計(jì)算機(jī)技術(shù)、光信息處理系統(tǒng)中有著十分廣泛的應(yīng)用。
基于全息技術(shù)制作光柵已成為光柵制作的主要途徑，同傳統(tǒng)的刻痕光 柵相比，全息光柵除了雜散光少、分辨率高、光譜中無鬼線、適用光譜范 圍寬、有效孔徑大等優(yōu)點(diǎn)之外，在制備工藝和適用程度上更具有以下顯著 優(yōu)點(diǎn)， 一、制作方便，制作時(shí)間短，效率高但成本低；二、適合制作各種 空間頻率的光柵，光路排布靈活多樣；三、光柵尺寸可以做大，適合制作 正交正弦光柵等。
全息光柵是一種無光焦度的衍射光學(xué)元件，利用兩相干平面光波間的 干涉經(jīng)曝光、顯影、定影和漂白處理后得到。當(dāng)光源一定時(shí)，全息光柵空 間頻率f的大小由兩平面光波間的夾角e決定。要得到確定空間頻率的光 柵，必須精準(zhǔn)的控制e ?，F(xiàn)有的光路，夾角e較大，易制得中高頻的全 息光柵，當(dāng)涉及低空間頻率光柵，尤其是超低空間頻率光柵時(shí)，利用現(xiàn)有 的光路將無法實(shí)現(xiàn)。因?yàn)橹谱鞯皖l光柵，要求e相應(yīng)減小，降低e受到
分光鏡、平面鏡、擴(kuò)束鏡等各個(gè)光學(xué)鏡面的制約。當(dāng)f<100mm_H 0 <3°38'， 更不用說超低頻光柵，f〈20mm—1， 9<0°44'的制作。

實(shí)用新型內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種能夠制得低空間頻率 特別是超低空間頻率光柵的裝置。
本實(shí)用新型解決現(xiàn)有的技術(shù)問題，提供一種制作低頻全息光柵的裝 置，其包括激光器、擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)、分束板、全反射鏡和全息記錄版；所述擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)設(shè)置在所述激光器的輸出光路上；經(jīng)過所述擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng) 的激光到達(dá)所述分束板兩面后反射為兩光束；所述兩光束經(jīng)所述全反射鏡 反射及所述分束板透射到達(dá)所述全息記錄版。
本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述兩光束在所述全息記錄版表面疊加。
本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述分朿板的兩面相互平行，且其上 設(shè)置有半透膜。'
本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述全反射鏡、所述分束板及所述全 息記錄版的中心點(diǎn)位于一直線上；所述激光入射方向垂直于所述直線。
本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述分束板的兩面與所述直線的夾角 呈45° 。
本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述全反射鏡的反光面垂直于所述直線。
本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述全息記錄版的受光面垂直于所述 直線。
本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)是，本裝置包括一導(dǎo)軌，所述全反射鏡、
所述分束板及所述全息記錄版設(shè)置在所述導(dǎo)軌上。
本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述導(dǎo)軌為具標(biāo)尺的光學(xué)導(dǎo)軌。 本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述激光器為He-Ne激光器或半導(dǎo)體
激光器。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的有益效果是利用分束板分振幅法制 作低頻全息光柵，通過選用不同厚度分束板及沿導(dǎo)軌調(diào)節(jié)全息記錄版的位 置，以在低頻范圍內(nèi)連續(xù)精確控制光柵線密度。本裝置光路簡單、使用器 件少、性能穩(wěn)定。


圖1為本制作低頻全息光柵的裝置的光路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖說明及具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。 如圖1所示， 一種制作低頻全息光柵的裝置，其包括激光器1、擴(kuò)束 準(zhǔn)直系統(tǒng)2、分束板3、全反射鏡4和全息記錄版5;所述擴(kuò)速準(zhǔn)直系統(tǒng)2 設(shè)置在所述激光器1的輸出光路上；經(jīng)過所述擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)2的激光到達(dá)所述分束板3兩面后反射為兩光束I和II;所述兩光束I和II經(jīng)所述全
反射鏡4反射及所述分束板3透射到達(dá)所述全息記錄版5,所述兩光束I 和II在所述全息記錄版5表面疊加，再經(jīng)曝光、顯影、定影和漂白處理即 可得低頻全息光柵。
本裝置優(yōu)選包括一導(dǎo)軌6，所述全反射鏡4、所述分束板3及所述全息
記錄版5均設(shè)置在所述導(dǎo)軌6上，且三者的中心點(diǎn)位于一直線上，這樣激
光入射方向垂直于所述直線。此時(shí)，分束板3的兩面與所述直線的夾角呈
45° ;所述全反射鏡4的反光面垂直于所述直線；所述全息記錄版5的受
光面亦垂直于所述直線。
下述為光路中各器件的詳細(xì)說明
① 激光器
激光器用作光源，以提供高品質(zhì)的相干光束。本裝置的激光器選用
He—Ne激光器作為光源，其波長義=632. 8nm，功率為l一50mW;或者 選用半導(dǎo)體激光器作為光源；
② 擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)
擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)是一擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡，用于將激光器發(fā)射的光束變?yōu)闄M截 面積較大的平行光束，該光束直徑可達(dá)20 — 100mm;
③ 分束板
分束板由光學(xué)玻璃制成，其前后兩表面嚴(yán)格平行；在該兩表面上鍍 一層半透膜，以將入射光分為反射光束和透射光束，透射與反射出光束 的強(qiáng)度大致相等；
④ 全反射鏡
全反射鏡能將入射光束進(jìn)行100%的反射，改變了光束的傳播方向；
⑤ 全息記錄版 全息記錄版用來記錄兩光束的干涉圖樣；⑥導(dǎo)軌
導(dǎo)軌為安裝/放置器件的軌道，其具有高穩(wěn)定性、防振動(dòng)。全反射鏡、 分束板和全息記錄版等器件通過與導(dǎo)軌相互配合的卡座安裝在導(dǎo)軌上。 同時(shí)，為了便于測量和調(diào)節(jié)，導(dǎo)軌上設(shè)置有標(biāo)尺。
本裝置的工作原理是
激光器發(fā)出的光束經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)后，形成橫截面積較大的相干平行 光束A。光束A由垂直于導(dǎo)軌的方向入射，分束板與導(dǎo)軌成45°夾角，即 光束A以45。夾角入射到分束板上，經(jīng)分束板前后兩表面反射后得到光束 I和II， I和II是由分振幅法得到的兩束相干光，再經(jīng)過全反射鏡垂直反 射，分束板折射后到達(dá)全息記錄版處。全反射鏡、分束板、全息記錄版安 裝在光學(xué)導(dǎo)軌上，各器件中點(diǎn)成一直線。光束I和II在全息記錄版處相干 疊加，形成規(guī)則的干涉條紋，并被全息記錄版記錄下來。
全反射鏡、分束板安裝在光學(xué)導(dǎo)軌上，位置和方位固定不動(dòng)。全息記 錄版可沿著導(dǎo)軌移動(dòng)。全息記錄版經(jīng)曝光、顯影、定影、漂白等處理后得 到全息光柵。
全息記錄板處的干涉條紋是一組等寬等間距明暗相間的平行直線條 紋。 一種簡單的模型——楊氏雙縫干涉模型，可以用來近似描述該現(xiàn)象。 在圖1中，由激光器l發(fā)出的光束，經(jīng)分束板分光后，可等效看成兩個(gè)點(diǎn) 光源Si和S2，那么全息記錄版5處的干涉條紋即可看成是由Si和S2兩點(diǎn)光 源之間的干涉形成。由楊氏雙縫干涉可知，干涉條紋間的距離
, d = ^;i (i)
其中，入為光源波長，Z為點(diǎn)光源S, (S2)到全息記錄版5的距離，t為點(diǎn) 光源Si和S2之間的距離，與分束板的厚度力有關(guān)。w —sin /
i為入射角，/7為分束板的折射率。本裝置中，/=45°，分束板折射率/7=
1.5163,所以
,= & =0.74553/; (3) V"2-0.5
Z = Z!+2￡2+Z3 (4) L為擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)到分束板間距離，厶為分束板到全反射鏡間距離，厶為 分束板到全息記錄版的距離。厶和厶相對固定，A具有較大的調(diào)節(jié)空間(0 2m)。通過調(diào)節(jié)全息記錄版5的位置，可改變厶從而精確控制光柵的空 頻。亦可通過選用不同厚度的分束板來調(diào)節(jié)干涉條紋間距，制造不同光柵 常數(shù)和空間頻率的全息光柵。
本裝置實(shí)驗(yàn)定標(biāo)法確定光柵常數(shù)
利用分束板分振幅法可以實(shí)現(xiàn)超低頻全息光柵的制作，該方法簡單、 穩(wěn)定、光柵常數(shù)和空頻易調(diào)節(jié)，是一種十分值得推廣采用的方法。楊氏雙 縫干涉等效模型可以近似的估計(jì)光柵線密度。但是在一些情況下，楊氏雙
縫干涉等效模型會(huì)帶來比較大的誤差。Z"比值約在380左右時(shí)，模型預(yù) 測校準(zhǔn)。丄"超過500，模型預(yù)測與實(shí)際會(huì)有較大差異。所以更加精確的控 制干涉條紋間距的方法是通過實(shí)驗(yàn)定標(biāo)曲線。當(dāng)采用He—Ne激光器時(shí)，由 實(shí)際光柵樣品可得到光柵常數(shù)"與Z"的定標(biāo)曲線。
"-0.0774+ 8.32475x10", (5)
其中，& Z和t的單位為腿。上定標(biāo)曲線的相關(guān)系數(shù)R二O. 99912，置信 概率〉99.7%。本裝置實(shí)驗(yàn)定標(biāo)法確定空間頻率
同理，可通過女驗(yàn)定標(biāo)的方法確定空間頻率。當(dāng)采用He—Ne激光器時(shí)， 由實(shí)際光柵樣品可得到光柵空頻/與Z/,的定標(biāo)曲線如下。
<formula>formula see original document page 8</formula>
其中/的單位為mnf1， A和t的單位為腿。上定標(biāo)曲線的相關(guān)系數(shù)R2= 0.99987，具有非常高的置信概率。
本裝置光柵常數(shù)和空間頻率的選控
公式(5)給出了光柵常數(shù)一丄"兩者之間的定標(biāo)方程。若利用本裝置制 作特定空間頻率的光柵，如/=3.5mm—、應(yīng)先計(jì)算出相應(yīng)的光柵常數(shù)J= 0.285714mm，根據(jù)(5)式，可推算出
丄=0扁4+， = 436 19
f 8.32475 xl0"4 ^ 利用8.32 厚度的分束板時(shí)，根據(jù)(3)式可知t = 6.20mm。所以， 丄=2704.38附附。據(jù)實(shí)際裝置中A、 A參數(shù)的數(shù)值即可確定全息記錄版的位 置丄3。調(diào)整全息記錄版的位置，即可準(zhǔn)確得到預(yù)定空間頻率的光柵。
利用分束板分振幅法制作超低頻全息光柵，光柵空間頻率(光柵常數(shù)) 的控制步驟可總結(jié)如下
① 建立c/與丄/f的定標(biāo)方程；
② 設(shè)定光柵空頻/;
③ 計(jì)算光柵常數(shù)c/(c/二1//)
根據(jù)^/一丄"定標(biāo)方程，結(jié)合裝置中的固定參數(shù)力、厶、厶，推
算出厶；
⑤調(diào)整全息記錄版5的位置，保證厶的精準(zhǔn)，即可得到符合設(shè)計(jì) 要求的光柵。利用上述方法控制空間頻率，具有簡單準(zhǔn)確的特點(diǎn)。因?yàn)镺U與Z"成
線性關(guān)系，定標(biāo)曲線容易準(zhǔn)確獲得。當(dāng)然，我們也可以利用空間頻率的e 指數(shù)衰減特性更加直接的控制實(shí)驗(yàn)參數(shù)，獲得符合設(shè)計(jì)要求的光柵。但是 定標(biāo)方程(6)相對來說比(5)式難以獲得。
本實(shí)用新型制造低頻全息光柵的裝置，其針對低空間頻率f〈100mm—'， 特別是超低空間頻率/〈50mn^的要求設(shè)計(jì)。可以精確控制光柵常數(shù)。利用 分束板分振幅法制作低頻全息光柵，通過選用不同厚度分束板及沿導(dǎo)軌調(diào) 節(jié)全息記錄版的位置，以在低頻范圍內(nèi)連續(xù)精確控制光柵線密度。本裝置 光路簡單、使用器件少、性能穩(wěn)定。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì) 說明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本實(shí)用新 型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下， 還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種制作低頻全息光柵的裝置，其包括激光器、擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)、分束板、全反射鏡和全息記錄版；其特征在于所述擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)設(shè)置在所述激光器的輸出光路上；經(jīng)過所述擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)的激光到達(dá)所述分束板兩面后反射為兩光束；所述兩光束經(jīng)所述全反射鏡反射及所述分束板透射到達(dá)所述全息記錄版。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述兩光束在所述全息 記錄版表面疊加。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述分束板的兩面 相互平行，且其上設(shè)置有半透膜。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述全反射鏡、所述分 束板及所述^息記錄版的中心點(diǎn)位于一直線上；所述激光入射方向 垂直于所述直線。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述分束板的兩面與所 述直線的夾角呈45。。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述全反射鏡的反光面 垂直于所述直線。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述全息記錄版的受光 面垂直于所述直線。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于本裝置包括一導(dǎo)軌，所 述全反射鏡、所述分束板及所述全息記錄版設(shè)置在所述導(dǎo)軌上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于所述導(dǎo)軌為具標(biāo)尺的光 學(xué)導(dǎo)軌。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述激光器為He-Ne激 光器或半導(dǎo)體激光器。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種制作低頻全息光柵的裝置，其包括激光器、擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)、分束板、全反射鏡和全息記錄版；所述擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)設(shè)置在所述激光器的輸出光路上；經(jīng)過所述擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)的激光到達(dá)所述分束板兩面后反射為兩光束；所述兩光束經(jīng)所述全反射鏡反射及所述分束板透射到達(dá)所述全息記錄版。本實(shí)用新型的有益效果是利用分束板分振幅法制作低頻全息光柵，通過選用不同厚度分束板及沿導(dǎo)軌調(diào)節(jié)全息記錄版的位置，可以在低頻范圍內(nèi)連續(xù)精確控制光柵線密度。本裝置光路簡單、使用器件少、性能穩(wěn)定。
文檔編號(hào)G02B5/18GK201425631SQ20092013093
公開日2010年3月17日 申請日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者楊偉斌, 堅(jiān) 滕, 田紅梅 申請人:深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院