[發明專利]在全息記錄中限制固態激光器有效相干長度的系統和方法

有效

• 申請號: 202010074334.9
• 申請日: 2020-01-22
• 公開（公告）號: CN111505925B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 蒂莫西·J·布里頓;詹姆士·M·特德斯科
• 申請（專利權）人: 凱塞光學系統股份有限公司
• 主分類號: G03H1/04
• 分類號: G03H1/04;G03H1/02;H01S3/102
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 穆森;戚傳江

本申請涉及在全息記錄中限制固態激光器有效相干長度的系統和方法。單頻固態激光器的有效相干長度被限制以與全息記錄相結合地減少偽二次全息圖。在非常小的波長范圍上以高精度改變或者“掃描”所述激光器的波長。在實施例中，所述激光器的諧振腔光具座的溫度被更改，從而使所述腔的尺寸變化并且使發射波長以受控方式移動。變化波長被以高分辨率監測，并且反饋控制回路更新溫度設定點以保持所監測的激光器波長通過期望范圍以期望變化率移動。隨著所述激光器的波長被掃描，全息干涉圖樣的相位被鎖定在全息膠片孔徑內的最大相干性/對比度的位置處。

技術領域

本公開一般涉及全息光學元件，并且更具體地，本公開涉及一種用于與全息光學元件曝光相結合地控制單頻固態激光器的有效相干長度的設備和方法。

背景技術

激光器的相干長度是激光器的光束的傳播長度的量度，在所述傳播長度之上相干性顯著地降級。出于全息記錄的目的，激光光束沿著兩條路徑分裂并重新組合以在全息膠片中形成干涉圖樣。如果分束器平分光束功率，并且在分束器之后的兩個光學路徑長度完全相等，則將在全息膠片處形成100％對比度的條紋。如果兩個路徑長度不相等超過相干長度，則干涉條紋對比度顯著地降級。在F15E雙光束全息組合器的示例中，兩個干涉光束之間的路徑長度差相對于中點在整個全息圖孔徑中變化約+/-20mm。此外，中點不出現在全息圖孔徑的正中心處。

在完整全息圖孔徑上的高效全息圖跨完整孔徑要求高對比度全息干涉圖樣。在F15E組合器的情況下，完整孔徑是約13英寸。因此，需要相干長度大于20mm，同時兩個光束的路徑長度在相對路徑長度圖的“零”輪廓附近的點處相等。

大孔徑全息光學元件特別是通過使兩個不同形狀的光束干涉以形成與在上面記錄它們的基板不共形的干涉條紋表面而生成的那些大孔徑全息光學元件通常已使用了氬離子氣體(Ar)激光器。F15E全息平視顯示器(HUD)組合器是一個這樣的產品。

Ar激光器的好處包括高功率和可能非常長的相干長度，后者由內部法布里-珀羅(Fabry-Pérot)標準具實現，所述內部法布里珀羅標準具從以其它方式在激光管的增益曲線內可獲得的許多頻率當中選擇單個頻率。

然而，使用非常長的相干長度的激光器來曝光的雙光束全息圖易受二次全息圖的記錄影響，所述二次全息圖通過從圍繞光敏全息膠片的基板和蓋板的外部玻璃-空氣界面反射的曝光光束而引起的。這樣的二次全息圖可在HUD的圖像中生成不希望的偽像，包括準直圖像源和/或透射光柵的二次“重影”圖像，所述透射光柵逆著黑暗夜間背景生成圍繞諸如例如明亮著陸帶燈的明亮外部光源的分散注意力的“彩虹”。

可通過限制激光器的相干長度來減小這些二次全息圖的幅度以及它們產生的不希望的圖像偽影的亮度。理想地，相干長度將限于僅生成足夠高效的一次全息圖所必需的相干長度，但不再長。因此，在每個光束在全息膠片與回到該膠片的外部空氣/玻璃界面反射之間的往返行程中引入的附加路徑長度差將超過激光器的相干長度，并且它們在膠片處生成的結果得到的二次干涉圖樣將具有減小的對比度。結果得到的二次全息圖因此是不太高效的，從而減小顯示偽像的亮度。

最顯著的二次全息圖是通過每個光束從外部玻璃/空氣界面的反射而形成的。這些反射的強度借助于抗反射涂層而被減小，所述抗反射涂層繼而減小二次條紋圖樣的強度和對比度。然而，這些二次全息圖可仍然在HUD圖像中，特別是逆著黑暗夜間背景生成分散注意力的偽影。因為這些反射在返回到全息膠片之前經歷附加光學路徑長度(例如，離較薄基板約30mm并且離較厚曝光蓋板約120mm)，所以可通過使相干長度最小化至僅記錄一次全息圖所必需的相干長度來進一步減小二次全息圖強度/對比度。

雖然沒有在激光器上“設定”特定相干長度的已知方法，但是人們憑經驗已經發現，當典型的大框架高功率氬離子激光器的標準具被完全去除時，結果得到的縱模結構產生使得能實現高效的一次全息圖和顯著地減小(但未消除)的二次全息圖的相干長度。