[發明專利]一種基于全息光柵消色差的系統及方法

在審

• 申請號: 201510029634.4
• 申請日: 2015-01-21
• 公開（公告）號: CN104614868A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 陳丹萍
• 申請（專利權）人: 佛山市智海星空科技有限公司
• 主分類號: G02B27/44
• 分類號: G02B27/44;G02B5/18;G03H1/02
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所 44268
• 代理人: 王永文;劉文求

技術領域

本發明涉及一種基于全息光柵消色差系統及方法，屬于全息波導光柵領域。

背景技術

全息波導光柵利用光柵的衍射原理，將衍射光通過全反射原理，使其進入玻璃基底中形成波導進行傳播，當遇到另一塊光柵后，則同樣通過光柵的衍射原理，從波導中出射進入人的眼睛。這樣人可以透過玻璃觀察到遠處的景物，又可以同時觀察由波導傳輸形成的圖像。全息記錄按其物理意義可被稱為波前的記錄和重現，是?1948?年英國物理學家丹尼斯·蓋伯在?1948?年提出的。蓋伯從理論和實驗上證明，用一個參考光波和物體的衍射光波（物光波）干涉，可以完全記錄物光波的振幅和相位信息，并且由此干涉圖可以對照明光波進行衍射，從而再現原來的物光波，及物體的像。

波前記錄從光的干涉基本原理理論可知，雙光束干涉的強度分布于兩束光的位相差有關，等強度線即是等相位差線。如果一束相干光為簡單光波（比如平面波或者球面波），它在記錄平面的位相分布為已知，于是干涉強度分布就和另一束的位相分布具有簡單的對應關系。利用參考光和物光波的干涉可以實現對物光波位相的編碼。???

波前的重現是以全息圖對再現光波的衍射為基礎。為此，用一束相干光波照射全息圖，如果再現光波就是記錄是的參考光波，這正是原始物體光波的重現。對觀察者來說，由全息圖重現的物光波和從原始物體發出的物光波是沒有區別的。

光在傳播路徑中，遇到不透明或透明的障礙物，繞過障礙物，產生偏離直線傳播的現象稱為光的衍射。惠更斯提出，媒質上波陣面上的各點，都可以看成是發射子波的波源，其后任意時刻這些子波的包跡，就是該時刻新的波陣面。惠更斯－菲涅爾原理能定性?地描述衍射現象中光的傳播問題。菲涅爾充實了惠更斯原理，他提出波前上每個面元都可視為子波的波源，在空間某點P?的振動是所有這些子波在該點產生的相干振動的疊加，稱為惠更斯－菲涅爾原理。

根據光柵的標量衍射理論，可得：

其中d為光柵的周期，k為衍射級次，n為波導介質的折射率，為波導中的第k級衍射角，為入射角，為波長。

耦合波理論是從麥克斯韋方程出發，根據記錄介質在有調制的情況下?的電學或者光學常數，直接解出方程組，可以求出在各種情況下衍射效率。

耦合波理論假設接近布拉格角的單波長光入射到體積全息光柵中，只?有兩束光被假設出現在光柵中，一束為入射的參考光波，另一束為信號光?波。只有滿足或者至少近似滿足布拉格條件的光波才會被考慮，其他的多?級衍射或者強烈的違背了布拉格條件的將不被考慮。這些假設使得耦合波?理論只對體積全息光柵適用。

物光波和參考光波相干疊加，在三維空間形成了干涉場，如果這些干?涉場被厚的全息記錄材料記錄下來，則全息圖上的干涉條紋則為三維干涉?場的等強度面與記錄材料的截面。一般全息記錄材料的厚度大于干涉條紋?空間周期，甚至全息材料的厚度超過50個條紋間距。這種情況下，平面全息圖的衍射機理將不再適用，必須考慮全息圖的三維特性，這種建立在三維模型基礎上的全息圖稱為體積全息圖。

當兩束光從記錄材料的同一側入射時，再現時在照明光波的透射方向觀察，稱為透射式體積全息圖。如圖記錄光波分別從介質的兩側入射時，則再現時則從照明光波的反射方向觀察，這種全息圖稱為反射式全息圖。對稱記錄的點基元體積全息圖，其等強度面是一組與光軸平行或者垂直的平行等間距的平面條紋。

當照明光波進入體積全息圖以后，將在全息光柵的每一個點處發生衍?射，引起入射波和衍射波之間的能量耦合。因此描述照明光波在體積全息?圖中的傳播，必須應用非均勻介質中的麥克斯韋方程和相應的邊界條件。?耦合波理論即是這樣一種衍射理論，它通過求解非均勻介質中的麥克斯韋?方程，從而得出不同類型體積全息圖衍射效率的解析表達式。

目前的消色差的方法是利用了全息材料，對全息材料進行曝光實現一層體積全息光柵進行消色差，但是這種方式實施較為復雜，對材料也有極大的浪費。