[发明专利]一种基于参考光栅单次曝光的大面积全息光栅制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学元件的制备方法，具体涉及一种大面积的全息衍射光栅的制备方法。

背景技术

大面积等间距一维衍射光栅是许多大型高科技工程项目的关键元件。目前，在激光约束核聚变系统中，对一维衍射光栅线条的等距和平直性精度要求极高。全息技术是制造大口径衍射光栅的十分重要技术手段，而衍射光栅的口径受限于全息记录光学系统口径。为了制造出超大口径的全息光栅，人们希望采用多块光栅拼接的方式来的制作大面积全息光栅。大面积全息光栅拼接可分为全息曝光拼接和机械拼接两个方向。机械拼接方法中，为了保证栅线间的平行精度和相位关系，设计了特殊的微动定位机构，然而，这种机构结构很难保证光栅拼接后长时间内稳定，工程实用性受限。全息曝光拼接可以实现大面积的光栅制作，由此获得的光栅稳定性很好，但是拼接过程难度较大，在拼接过程中需要解决条纹的对准问题，即第二块光栅的条纹与第一块光栅的条纹之间必须平行，并且它们之间的间隔必须是光栅周期的整数倍。因而，如何通过拼接方法来实现大面积全息光栅的制备，是目前人们研究的一个重点。

发明内容

本发明目的是提供一种大面积全息光栅的制备方法，通过对参考光栅的单次曝光，实现在全息曝光方法制备衍射光栅过程中相邻区域的拼接，保证平行精度和相位关系。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于参考光栅单次曝光的大面积全息光栅制备方法，在涂有感光材料的主全息干板上制备衍射光栅，制备过程包括下列步骤：

(1)将一涂有感光材料的参考全息干板固定在主全息干板待拼接的两个部分之间；

(2)遮挡主全息干板，用全息光栅记录光场对参考全息干板进行曝光，显影获得衍射光栅条纹，制成参考光栅；

(3)将主全息干板的第一部分和参考光栅放置于记录光场中，使参考光栅与记录光场形成较疏的莫尔条纹，莫尔条纹的方向与参考光栅的线条方向垂直，记录该莫尔条纹信息；

(4)取消主全息干板第一部分的遮挡，对主全息干板的第一部分曝光、显影；

(5)同步移动主全息干板和参考全息干板，使参考光栅和主全息干板的第二部分位于记录光场区内，观察参考光栅与记录光场形成的莫尔条纹，调节参考光栅和记录光场的相对位置，使再现的莫尔条纹信息与步骤(3)中一致；

(6)取消主全息干板第二部分的遮挡，对主全息干板的第二部分曝光、显影，完成全息曝光拼接光栅的制作。

上文中，光栅拼接的基本原理是，利用莫尔条纹的性质，即如果两个光栅之一移动，则等差条纹发生移动，当光栅移动一个条纹的间距时，等差条纹就移动一个条纹间距。莫尔条纹的疏密(条纹间距d)与两光栅之间的夹角θ相对应，如附图1所示。

上述技术方案中，所述步骤(5)中，调节参考光栅和记录光场的相对位置包括，对固定参考光栅和主全息干板的记录支架的位置和角度进行调节；以及对形成记录光场的两路光束中的一路的反射镜进行位置调节以改变位相。

其中，所述对形成记录光场的两路光束中的一路的反射镜进行位置调节是指，扩束前的一个反射镜设置在微位移器件上，通过微位移器件改变反射镜的位置，以改变光程，并实现对记录光场条纹位相的改变。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.本发明利用与主全息干板相对固定的参考全息干板，先进行曝光制备参考光栅，再通过莫尔条纹调节主全息干板移动后的位置，实现了衍射光栅制备过程中相邻区域的拼接，保证了光栅条纹的平行精度和相位关系，从而可以用于制备大面积的衍射光栅；

2.由于采用参考光栅的单次曝光和莫尔条纹观测，只需要调整记录支架的位置和角度，以及反射镜的位置即可实现光栅条纹平行度和相位的调节，因而制备方法简单易行。

附图说明

图1是莫尔条纹示意图；

图2是本发明实施例一中全息曝光拼接示意图；

图3是实施例一的全息光栅记录光路示意图；

图4是实施例一中全息光栅移动后记录光路示意图；

图5是实施例一中参考光栅再现条纹示意图，其中(a)初始莫尔条纹，(b)移动后莫尔条纹，(c)调整后莫尔条纹；

图6是实施例二中获得的拼接光栅干涉条纹的分布照片。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：参见附图2至附图5所示，一种基于参考光栅单次曝光的大面积全息光栅制备方法，在涂有感光材料的主全息干板上制备衍射光栅，利用参考光栅的光学特性来控制主光栅两次曝光实现准确拼接，其过程如下：