[發明專利]一種用于裝調或檢測光學元件的計算機生成全息元件

有效

• 申請號: 201210370901.0
• 申請日: 2012-09-28
• 公開（公告）號: CN102902192A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 鄧超;馮婕;邢廷文;許嘉俊
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G03H1/08
• 分類號: G03H1/08;G02B5/32
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

技術領域

本發明屬于光學測試領域，尤其涉及一種用于裝調或檢測光學元件的計算機生成全息（CGH，Computer?Generated?Hologram）元件。

背景技術

計算全息（CGH）將先進的計算機技術與光全息技術結合起來，可以實現光全息術無法實現或難以實現的某些特殊功能。如光全息術是利用光的干涉原理，借助于參考光將物光的復振幅記錄在感光材料上，能夠實現這種記錄的必要條件之一是物體的真實存在。然而在很多實際應用中理想的“物體”是很難制作成功的，例如，用于檢測光學元件加工質量的標準件，用于光學信息處理的各種特殊的空間濾波器，用于數據存儲系統的相移器，用于工程設計的復雜模型，等等。但是，用計算全息（CGH）就不難實現了。與光學全息相比，計算全息（CGH）還具有噪聲低、重復性高、抗干擾能力強和能提前考慮誤差因素的優點。因此，近年來，計算全息（CGH）發展極其迅速，己應用在三維顯示、全息干涉計量、空間濾波、光信息存儲和激光掃描等諸多方面，隨著計算機技術的日趨成熟和普及，計算全息（CGH）越來越受到人們的重視。

計算全息（CGH）最重要和最有價值的應用是用于干涉測試，應用它再現和存儲一些特殊形式的現實中無法用光學手段產生的光學參考波面，在干涉測試中可以用來檢測一些有特殊位相變化的物體。CGH作為補償器件，具有補償波面精度高，占用測試空間尺寸小，易于調校等優勢。

點衍射干涉儀可以用于進行高精度檢測非球面，其工作時的信息載體為小孔衍射波，入射光會聚點與小孔中心的重合精確度直接影響小孔衍射波面的準確性，因此，對小孔進行精確的中心定位是保證點衍射干涉儀檢測精度的重要工作。基于CGH的光學系統可以實現小孔中心定位并為小孔衍射提供工作光束。

本發明設計了一種新的CGH形式，利用其進行裝調或檢測工作時，具有精度高、操作方便等優點。

發明內容

本發明就是基于CGH在裝調和檢測中的優勢，提供了一種新的CGH元件形式，對應于需要實現的四種功能，該CGH元件具有四個不同的衍射光柵區域，它們分別是透射主全息區域、反射對準全息區域、基準全息區域和投射全息區域。本發明以CGH元件應用于小孔中心定位裝置為例，提供了一種用于小孔中心定位并為小孔衍射提供工作光束的CGH元件。除了可用于為小孔進行中心定位和為小孔衍射提供工作光束這兩個功能外，本發明提供的CGH元件還可用于裝調CGH和裝調小孔。

本發明采用的技術方案為：一種用于裝調或檢測光學元件的計算機生成全息元件，所述用于裝調或檢測光學元件的計算機生成全息元件包含了一個或多個功能區域，不同功能區域為不同的光柵結構，它們分別是透射主全息、反射對準全息、基準全息和投射全息。所述透射主全息是位相型光柵，而反射對準全息、基準全息、投射全息可以選取位相型光柵或振幅型光柵，所謂位相型光柵是指通過直接改變光波面的位相來實現衍射和干涉的光柵，所謂振幅型光柵是指通過改變不同區域處光波面振幅來實現衍射和干涉的光柵。

所述計算機生成全息元件各區域均由結構呈周期性變化的一個或多個光柵組成；所述計算機生成全息元件的各區域根據實際情況可選取不同的光柵周期、占空比和刻槽位相深度，所謂占空比是指刻槽寬度和條紋周期的比值，所謂刻槽位相深度是由刻槽引起的光線光程改變量，它與基片的折射率和刻槽幾何深度相關。所述基準全息一般由相互對稱的兩部分或多部分組成；所述透射主全息、基準全息和投射全息三個區域的表面覆蓋增透射膜，而反射對準全息區域的表面覆蓋增反射膜。

所述計算機生成全息元件四個區域處的光柵被使用激光直寫等手段刻蝕在基片的同一個表面上，該基片為融石英等具有合適折射率的透明材料；所述計算機生成全息元件四個區域處的光柵之間預留有便于分次曝光的間隙區域；所述計算機生成全息元件四個區域處的光柵面積大小和分布位置受各自使用的衍射級次和現階段加工、檢測水平的影響，四個區域處的光柵在保證檢測干涉圖觀測對比度和小孔中心定位精度的基礎上，根據實際情況可以選取不同的衍射級次，選取的光柵面積大小和分布位置需要保證光柵最小周期結構的尺寸能實現加工和檢測，現階段這個尺寸為微米量級。

所述透射主全息將來自于點光源的光線進行衍射，衍射光會聚于小孔中心處，該衍射光是為了實現小孔衍射而輸入的工作光束，該會聚點近似為理想艾里斑，艾里斑是指點狀物體經過理想成像系統所成的像。

所述反射對準全息將來自于點光源的光線進行反射和衍射，其中一個衍射級次的衍射光線按照原路返回，會聚于點光源處，返回的該衍射光和參考光進行干涉，用于實現CGH元件本身的精確裝調。