一種基于沃拉斯頓棱鏡的空間角分復(fù)用全息術(shù)的參考光分束方法及其專用裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于空間角分復(fù)用脈沖數(shù)字全息術(shù)領(lǐng)域，主要解決空間角分復(fù)用脈沖數(shù)字全息術(shù)中參考光空間多角度傳輸光束的產(chǎn)生的問題。
【背景技術(shù)】
[0002]全息術(shù)最早由英國(guó)科學(xué)家Dennis Gabor于1947年提出，并于1948年記錄并再現(xiàn)出第一張全息圖。全息術(shù)有著信息容量大，再現(xiàn)像是三維立體性等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]最初的全息術(shù)在同軸情況下完成，物光與參考光以同軸的方式相干疊加記錄在感光器件上，全息圖再現(xiàn)時(shí)，所形成的零級(jí)像和共軛像的光斑與再現(xiàn)像重疊在一起，嚴(yán)重影響了再現(xiàn)像的質(zhì)量。1962年美國(guó)科學(xué)家E.N.Leith和J.Upatnieks提出了采用離軸照明和再現(xiàn)方法的離軸全息術(shù)，在全息圖記錄的過程中，參考光與物光以特定夾角的方式相干，所形成的干涉條紋中包含物光信息的條紋被具與有特定傾角的參考光相干涉的條紋所調(diào)制。在全息圖的再現(xiàn)時(shí)，當(dāng)采用離軸的參考光照明時(shí)，所形成的再現(xiàn)像與零級(jí)像和共軛像在空間上分離，這樣減少了零級(jí)像和共軛像對(duì)再現(xiàn)像的干擾。
[0004]近些年，全息術(shù)在全息干涉，彩色全息，復(fù)用全息，計(jì)算全息等各個(gè)領(lǐng)域都有顯著的進(jìn)展。隨著超短脈沖激光的快速發(fā)展，結(jié)合脈沖激光形成的脈沖數(shù)字全息技術(shù)在超快瞬態(tài)過程探測(cè)方面也有顯著的進(jìn)展。利用超短脈沖激光的極短脈沖寬度，可以對(duì)超快瞬態(tài)過程進(jìn)行快速采樣，從而達(dá)到探測(cè)超快瞬態(tài)過程的目的。
[0005]在脈沖數(shù)字全息系統(tǒng)中，角分復(fù)用技術(shù)從最初的平面角分復(fù)用技術(shù)發(fā)展為現(xiàn)今的立體角分復(fù)用技術(shù)。平面角分復(fù)用技術(shù)中使用的多個(gè)參考光與多個(gè)物光在同一傳輸平面。所以平面角分復(fù)用技術(shù)記錄的干涉圖的傅里葉頻譜分布在一條直線上，頻譜空間的利用率低。立體角分復(fù)用技術(shù)極大提高里頻譜空間的利用率，提高了單幀全息圖上可復(fù)用的子全息圖數(shù)量。
[0006]為了盡可能的利用CCD的空間帶寬，在角分復(fù)用全息術(shù)上需要對(duì)參考光的空間分束角度進(jìn)行優(yōu)化，單純利用分光平片與反射鏡組合的分束方法易使子全息圖的頻譜分布不均勻，使得頻譜濾波窗口選擇困難，而且對(duì)頻譜的位置調(diào)節(jié)過于復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有方法的參考光空間分布不合理、記錄器件的空間帶寬利用不充分、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)復(fù)雜等問題，提供一種基于沃拉斯頓棱鏡的空間角分復(fù)用全息術(shù)物光分束方法，同時(shí)提供了該分束方法的專用裝置，通過該套裝置可將入射的圓偏振態(tài)的脈沖光產(chǎn)生多個(gè)方向的傳輸脈沖光，能夠有效的應(yīng)用到空間角分復(fù)用全息術(shù)中，可以簡(jiǎn)單的通過旋轉(zhuǎn)沃拉斯頓棱鏡使參考光的方向進(jìn)行改變，而且不會(huì)影響參考光束的會(huì)聚方向，能夠使復(fù)用全息圖的頻譜均勻的分布在零級(jí)像周圍。而且具有能量利用率高、調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
[0008]首先，本發(fā)明提供了一種基于沃拉斯頓棱鏡的空間角分復(fù)用全息術(shù)的參考光分束方法，該方法的具體步驟如下:
[0009]第1、將脈沖激光入射到第一消偏分光平片(BSi)進(jìn)行分束；
[0010]第2、在第一消偏分光平片(BSi)上反射的光束入射到第一延遲線結(jié)構(gòu)(DU)和第二延遲線結(jié)構(gòu)(DL2)；
[0011]第3、通過兩個(gè)延遲線的光束在第二分光平片(B&)上合束；
[0012]第4、在第二分光平片(B&)與兩片反射鏡以及第三分光平片(BS3)組成馬赫增德干涉系統(tǒng)，其中改變第三分光平片(BS3)的位置及角度，使兩束光以Θ夾角合束在CCD靶面上，Θ為沃拉斯頓棱鏡的分束角度；
[0013]第5、在從第二分光平片(B&)上出射的兩個(gè)光路分別加載4f系統(tǒng)，并保證CCD靶面距4f系統(tǒng)中第二個(gè)透鏡距離嚴(yán)格等于透鏡的焦距f;
[0014]第6、在第二分光平片(BS2)上出射的一束光路上放置沃拉斯頓棱鏡，出射的另一束光路上放置另一塊沃拉斯頓棱鏡，并保證兩塊沃拉斯頓棱鏡的中心距4f系統(tǒng)中第一個(gè)透鏡距離嚴(yán)格等于透鏡的焦距f;
[0015]第7、旋轉(zhuǎn)兩塊沃拉斯頓棱鏡，使出射光的方向位于合理的位置，這樣就保證了全息圖的頻譜均勻分布在零級(jí)項(xiàng)周圍。
[0016]其次，本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)以上所述方法的基于沃拉斯頓棱鏡的空間角分復(fù)用全息術(shù)的參考光分束裝置，該裝置包括:
[0017]兩組延遲線;兩片消偏分光平片;兩組雙透鏡會(huì)聚系統(tǒng);兩塊沃拉斯頓棱鏡;其中，
[0018]第一消偏分光平片(BSi)，用于將圓偏振態(tài)的超短激光雙脈沖分束為兩個(gè)方向出射的脈沖；
[0019]第一延遲線結(jié)構(gòu)，位于第一消偏分光平片(BSi)的反射光路上，用于調(diào)節(jié)反射光路的光程，以便于調(diào)節(jié)兩對(duì)雙脈沖的脈沖間隔；
[0020]位于第一延遲線結(jié)構(gòu)的出射光路上的沃拉斯頓棱鏡，用于將兩個(gè)光軸方向相互垂直的脈沖在空間上分開一定的角度Θ ;
[0021]第二延遲線結(jié)構(gòu)，位于第一消偏分光平片(BSi)的透射光路上，用于調(diào)節(jié)透射光路的光程，以便于調(diào)節(jié)兩對(duì)雙脈沖的脈沖間隔；
[0022]位于第二延遲線結(jié)構(gòu)的出射光路上的沃拉斯頓棱鏡，用于將兩個(gè)光軸方向相互垂直的脈沖在空間上分開一定的角度Θ ;
[0023]第二消偏分光平片(BS2)，位于兩塊沃拉斯頓棱鏡出射光的交匯處，用于四路光的合束；
[0024]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0025]在空間多角度傳輸光束的產(chǎn)生上，我們提出一種基于沃拉斯頓棱鏡的空間角分復(fù)用全息術(shù)物光分束方法，使得原先技術(shù)中復(fù)雜的系統(tǒng)變得緊湊，可以簡(jiǎn)單的通過旋轉(zhuǎn)沃拉斯頓棱鏡使參考光的方向進(jìn)行改變，而且不會(huì)影響參考光束的會(huì)聚方向，能夠使復(fù)用全息圖的頻譜均勻的分布在零級(jí)像周圍。穩(wěn)定性得到了進(jìn)一步地提高，調(diào)節(jié)步驟也進(jìn)一步地簡(jiǎn)化。
【附圖說明】
[0026]圖1為基于沃拉斯頓棱鏡的一種空間角分復(fù)用全息術(shù)的參考光分束方法光路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖中，1.第一消偏分光平片(BSO，2.第一延遲線結(jié)構(gòu)(DLO，由兩個(gè)反射鏡組成，3.第二延遲線結(jié)構(gòu)(DL2)，由兩個(gè)反射鏡組成可旋轉(zhuǎn)的沃拉斯頓棱鏡，4.第二消偏分光平片(BS2); 5.可旋轉(zhuǎn)的沃拉斯頓棱鏡;6.可旋轉(zhuǎn)的沃拉斯頓棱鏡;7.第一透鏡(Li)，8.第二透鏡(L2)，9.第三透鏡(L3)，10.第四透鏡(L4)，11.消偏合束鏡(BS3)，LjPL3構(gòu)成一個(gè)4f系統(tǒng)，12和L4構(gòu)成另一個(gè)4f系統(tǒng)。
[0028]圖2為沃拉斯頓棱鏡分束原理圖。
[0029]圖3為合理的參考光入射分布圖。
[0030]圖4為模擬的復(fù)用全息圖。
[0031]圖5為模擬的全息圖頻譜分布。
【具體實(shí)施方式】
[0032]本發(fā)明依據(jù)的原理說明如下:
[0033]在整個(gè)光路中，未引入沃拉斯頓棱鏡及4f系統(tǒng)時(shí)，入射光通過延遲線及分光平片分為兩束光，最后合束在CCD革E面上形成一個(gè)角度θ，Θ角約等于沃拉斯頓棱鏡分束角。沃拉斯頓棱鏡采用的是雙折射晶體，但是由于其構(gòu)成的兩塊楔形晶體的光軸方向相互垂直(參見附圖2)，因此，當(dāng)光線正入射時(shí)，兩個(gè)偏振態(tài)的脈沖將會(huì)在構(gòu)成沃拉斯頓棱鏡的第二塊楔形晶體上分開向兩個(gè)方向傳播，這也是空間角度調(diào)節(jié)可以采用沃拉斯頓棱鏡的基本原理，如圖2所示，當(dāng)入射脈沖光為圓偏振光時(shí)，兩塊沃拉斯頓棱鏡光軸方向不同時(shí)，一塊產(chǎn)生某個(gè)方向Θ夾角的兩束光，一塊產(chǎn)生另一個(gè)方向Θ夾角的兩束光，之后，又搭配兩組4f系統(tǒng)，使分束以后發(fā)散的光束得以會(huì)聚，又可以避免波面的畸變。以此，我們可以產(chǎn)生四個(gè)不同方向的參考光束，如果引入合適的物光，通過旋轉(zhuǎn)沃拉斯頓棱鏡改變其光軸方向，即可產(chǎn)生圖3的光束分布，所得到的空間角分復(fù)用全息圖如圖4，對(duì)全息圖作傅里葉變換，即可得