[发明专利]在全息记录中限制固态激光器有效相干长度的系统和方法

说明书

本申请涉及在全息记录中限制固态激光器有效相干长度的系统和方法。单频固态激光器的有效相干长度被限制以与全息记录相结合地减少伪二次全息图。在非常小的波长范围上以高精度改变或者“扫描”所述激光器的波长。在实施例中，所述激光器的谐振腔光具座的温度被更改，从而使所述腔的尺寸变化并且使发射波长以受控方式移动。变化波长被以高分辨率监测，并且反馈控制回路更新温度设定点以保持所监测的激光器波长通过期望范围以期望变化率移动。随着所述激光器的波长被扫描，全息干涉图样的相位被锁定在全息胶片孔径内的最大相干性/对比度的位置处。

技术领域

本公开一般涉及全息光学元件，并且更具体地，本公开涉及一种用于与全息光学元件曝光相结合地控制单频固态激光器的有效相干长度的设备和方法。

背景技术

激光器的相干长度是激光器的光束的传播长度的量度，在所述传播长度之上相干性显著地降级。出于全息记录的目的，激光光束沿着两条路径分裂并重新组合以在全息胶片中形成干涉图样。如果分束器平分光束功率，并且在分束器之后的两个光学路径长度完全相等，则将在全息胶片处形成100％对比度的条纹。如果两个路径长度不相等超过相干长度，则干涉条纹对比度显著地降级。在F15E双光束全息组合器的示例中，两个干涉光束之间的路径长度差相对于中点在整个全息图孔径中变化约+/-20mm。此外，中点不出现在全息图孔径的正中心处。

在完整全息图孔径上的高效全息图跨完整孔径要求高对比度全息干涉图样。在F15E组合器的情况下，完整孔径是约13英寸。因此，需要相干长度大于20mm，同时两个光束的路径长度在相对路径长度图的“零”轮廓附近的点处相等。

大孔径全息光学元件特别是通过使两个不同形状的光束干涉以形成与在上面记录它们的基板不共形的干涉条纹表面而生成的那些大孔径全息光学元件通常已使用了氩离子气体(Ar)激光器。F15E全息平视显示器(HUD)组合器是一个这样的产品。

Ar激光器的好处包括高功率和可能非常长的相干长度，后者由内部法布里-珀罗(Fabry-Pérot)标准具实现，所述内部法布里珀罗标准具从以其它方式在激光管的增益曲线内可获得的许多频率当中选择单个频率。

然而，使用非常长的相干长度的激光器来曝光的双光束全息图易受二次全息图的记录影响，所述二次全息图通过从围绕光敏全息胶片的基板和盖板的外部玻璃-空气界面反射的曝光光束而引起的。这样的二次全息图可在HUD的图像中生成不希望的伪像，包括准直图像源和/或透射光栅的二次“重影”图像，所述透射光栅逆着黑暗夜间背景生成围绕诸如例如明亮着陆带灯的明亮外部光源的分散注意力的“彩虹”。

可通过限制激光器的相干长度来减小这些二次全息图的幅度以及它们产生的不希望的图像伪影的亮度。理想地，相干长度将限于仅生成足够高效的一次全息图所必需的相干长度，但不再长。因此，在每个光束在全息胶片与回到该胶片的外部空气/玻璃界面反射之间的往返行程中引入的附加路径长度差将超过激光器的相干长度，并且它们在胶片处生成的结果得到的二次干涉图样将具有减小的对比度。结果得到的二次全息图因此是不太高效的，从而减小显示伪像的亮度。

最显著的二次全息图是通过每个光束从外部玻璃/空气界面的反射而形成的。这些反射的强度借助于抗反射涂层而被减小，所述抗反射涂层继而减小二次条纹图样的强度和对比度。然而，这些二次全息图可仍然在HUD图像中，特别是逆着黑暗夜间背景生成分散注意力的伪影。因为这些反射在返回到全息胶片之前经历附加光学路径长度(例如，离较薄基板约30mm并且离较厚曝光盖板约120mm)，所以可通过使相干长度最小化至仅记录一次全息图所必需的相干长度来进一步减小二次全息图强度/对比度。

虽然没有在激光器上“设定”特定相干长度的已知方法，但是人们凭经验已经发现，当典型的大框架高功率氩离子激光器的标准具被完全去除时，结果得到的纵模结构产生使得能实现高效的一次全息图和显着地减小(但未消除)的二次全息图的相干长度。