[發(fā)明專利]一種低頻光柵及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110265682.5
• 申請(qǐng)日: 2011-09-08
• 公開（公告）號(hào): CN102305953A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐敏學(xué);房春環(huán);吳建宏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B5/18
• 分類號(hào): G02B5/18;G03H1/12
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種衍射光學(xué)元件及其制備方法，具體涉及一種具有高衍射效率的低頻全息光柵及其制備方法。

背景技術(shù)

透射體位相全息光柵（VPHG）具有衍射效率高、噪聲低、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于天文光譜學(xué)、超快激光以及波分復(fù)用等技術(shù)領(lǐng)域。采用重鉻酸鹽明膠（DCG）全息記錄材料可制作體位相全息光柵、波分復(fù)用器件（WDMs）、偏振分束器、窄帶濾光片以及全息透鏡等全息光學(xué)元件。衍射效率是透射體位相全息光柵的重要性能指標(biāo)之一，如何提高透射VPHG的衍射效率，對(duì)于全息光學(xué)元件的應(yīng)用具有重要意義。一般情況下，空間頻率為每毫米幾個(gè)線對(duì)到一兩百線對(duì)左右的光柵被稱為低頻光柵，相對(duì)而言，空間頻率為1000lp/mm左右或者更高的光柵被稱為高頻光柵。在寬光譜范圍光譜儀器中，可以使用低空間頻率透射光柵作為色散元件，但當(dāng)光柵空間頻率較低時(shí)，全息記錄介質(zhì)DCG的體效應(yīng)不明顯，光柵的衍射效率低，大大降低了光能利用率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種具有高衍射效率的低頻光柵及其制備方法，通過(guò)采用復(fù)合雙光柵結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)單片低頻全息光柵的衍射效果，達(dá)到大幅度提高低頻光柵衍射效率的目的。

為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種低頻光柵，它的空間頻率為f0；所述的低頻光柵包括兩塊空間頻率不同的高頻光柵，它的最高衍射效率達(dá)到95%以上；所述的高頻光柵，它們的空間頻率之差為f0；它們的介質(zhì)面相鄰膠合于一體，兩塊高頻光柵的條紋傾角互補(bǔ)。

一種低頻光柵的制備方法，包括如下步驟：

（1）在全息光學(xué)記錄系統(tǒng)中分別記錄兩塊高頻光柵，它們的空間頻率之差為f0，兩塊光柵的條紋傾角相同；

（2）按記錄光柵所選用的全息記錄介質(zhì)，對(duì)兩塊高頻光柵進(jìn)行后處理；

（3）將兩塊高頻光柵的介質(zhì)面相鄰膠合在一起，得到由兩塊空間頻率不同的高頻光柵構(gòu)成的低頻光柵。

在本發(fā)明中，所述的全息記錄介質(zhì)為重鉻酸鹽明膠。

下面從光柵的記錄和光柵的再現(xiàn)兩個(gè)方面對(duì)本發(fā)明的原理作進(jìn)一步闡述：

1、光柵的記錄

參見附圖1，它是透射光柵記錄的原理示意圖；用于記錄透射VPHG的物光、參考光均為波長(zhǎng)為λ的相干平行光，入射到記錄介質(zhì)H上，入射角分別為???????????????????????????????????????????????，，?記錄時(shí)物光O和參考光R在記錄介質(zhì)H表面上的復(fù)振幅分布為：

，?；????????????????????????????????????????（1）

式中，和分別為記錄時(shí)物光和參考光的振幅，和分別為記錄時(shí)物光和參考光的位相，，；（k為波矢；x為光源在x軸上的坐標(biāo)值）。

物光和參考光疊加以后的強(qiáng)度I分布可以表達(dá)為：

???????????????????????????（2）

其峰值強(qiáng)度面由決定，（m為衍射級(jí)次）；間距Δx為???；

對(duì)于位相型記錄介質(zhì)，在線性記錄條件下，透射系數(shù)可表示為：

????????????????（3）

式中，，；用貝塞爾函數(shù)展開，可得到其正負(fù)一級(jí)衍射像：

????????????????????????????????????????????（4）

2、光柵的再現(xiàn)

若照明光波C為：，則照明光波通過(guò)光柵后的正、負(fù)一級(jí)衍射光波可以寫為：

???????????????????????????????????????（5）

其中，正一級(jí)衍射光波的位相分布則為：

?????????????????????????????????????????????（6）

對(duì)于單塊低頻光柵，若單塊低頻光柵的空頻為，則由光柵方程得到，其中，，代入式（6）中，可得到其正一級(jí)衍射光波的位相分布為：

???????????????????????????????????（7）

對(duì)于雙高頻復(fù)合光柵，若將空間頻率分別為、的兩塊高頻光柵疊加使用，照明光波經(jīng)過(guò)光柵之后正一級(jí)衍射光場(chǎng)分布為：

??????????????????????????????（8）

取光柵的正一級(jí)衍射光作為光柵的入射光，將式（8）代入式（5）中可以得到光柵的負(fù)一級(jí)衍射光場(chǎng)分布為：