[发明专利]表面褶皱机械复合光栅系统及调谐方法

说明书

一种表面褶皱机械复合光栅系统及调谐方法，包括：两个光栅、激光源、夹持调节装置和屏幕，其中：激光源和屏幕分别设置于夹持调节装置的两侧，夹持调节装置分别夹持两个光栅的两端，通过①单一方向拉伸调节单个光栅的几何参数和/或通过②平动和/或转动调节两个光栅的相对角度进行调谐及复合，从而调控衍射图案以实现光学加密。本发明通过改变单个褶皱光栅的几何参数及复合光栅的夹角等组合参数，对光源的衍射图案进行动态调节和加密，且调节信号可以使用力、光、热等方式输入，器件制备工艺简单、组装便宜、调整灵活。

技术领域

本发明涉及的是一种微纳米褶皱功能表面领域的技术，具体是一种机械调谐式表面褶皱复合光栅系统及其调谐方法。

背景技术

光栅器件的制造方法主要包括机械刻划、光电刻划、复制方法和全息照相刻划等。刚性器件的周期性结构参数在制造后难以调整，限制了其光操作能力。而使用柔性材料制造的周期可调谐衍射光栅具有重量轻、成本低、操作简单等优点，可为光束方向性动态调制提供一种新型的技术方案。现有柔性二维褶皱光栅的制造方法通过多次选区曝光得到二维棋盘格褶皱图案，从而获得二维的衍射图案。该方法的缺点在于：制造完成后二维图案相对固定，不易调整两个方向上衍射图案的相对关系，且制备方法需要进行多次曝光，制备过程复杂，因此难以应用于光信号的动态调控中。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种表面褶皱机械复合光栅系统及调谐方法，利用机械装置对两层褶皱光栅进行调谐。通过改变两个光栅之间的夹角，或控制单个光栅的几何参数，对输入光信号进行动态调节，从而达到加密效果。

本发明通过以下技术方案实现：

本发明涉及一种表面褶皱机械复合光栅系统，包括：两个光栅、激光源、夹持调节装置和屏幕，其中：激光源和屏幕分别设置于夹持调节装置的两侧，夹持调节装置分别夹持两个光栅的两端，通过①单一方向拉伸调节单个光栅的几何参数和/或通过②平动和/或转动调节两个光栅的相对角度进行调谐及复合，从而调控衍射图案以实现光学加密。

所述的两个光栅均为一维有序褶皱光栅，具体是依次由PDMS(poly-dimethylsiloxane)软基底层和PAN(anthracene-contained copolymer)层组成的硬膜-软基双层系统微纳米界面褶皱，该微纳米界面褶皱通过将PAN层以旋涂方式在PDMS软基底层的上表面形成薄膜层，在条带状掩模版遮盖条件下进行紫外线曝光，形成相对坚硬的区域，加热后会在双层系统中形成褶皱形貌，进而形成一维有序褶皱图案。

所述的一维有序褶皱图案的形貌呈正弦状，其波长为15.5μm，其振幅为400nm。

所述的夹持调节装置包括：光学平台以及设置于该光学平台上的二维水平运动平台及垂直设置于此运动平台上用于夹持第一光栅的板状夹具、设置于光学平台上的竖直旋转运动平台及平行设置于此运动平台的用于夹持第二光栅的板状夹具。

所述的拉伸调节，通过夹持调节装置中二维水平运动平台上夹持光栅两端的板状夹具的位移不同步实现。

本发明涉及上述系统的调谐方法，通过夹持调节装置调节两个光栅以控制衍射图案从直线排列逐渐转变为二维阵列，包括：当两个光栅夹角为0°，衍射图案与通过单个光栅形成的图案一致，均为固定间隔的光斑并列于一条直线上，中心0级衍射光斑亮度最高，向两端衍射级数增加，光强减弱；当两个光栅的夹角由0°转至90°时，衍射图案由一维直线排列演变为二维平行四边形阵列，平行四边形的两条对角线方向与正弦型褶皱排列方向相同，平行四边形中心光点最亮，其次为两条对角线，周围部分光斑依次减弱；当两个光栅的夹角由90°转至180°时，衍射图案再由二维平行四边形阵列演变为一维直线排列。

技术效果

本发明整体解决了现有光栅难以调整单个光栅的结构参数，利用多次曝光的二维光栅在制造完成后难以调节图案样式。而对于光信号的加密，需要设置多组参数动态调节信号完成加密过程，以提升密钥强度。已有的光栅衍射用于光的调节及加密时，缺少动态调节能力等技术问题。