[發(fā)明專利]一種用于制備彩色全息波導光柵的自動化曝光系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111638571B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發(fā)明（設計）人: 沈忠文;張宇寧;楊粲然;左濮深;韓月明;程皓;林加旻;李曉華;王保平
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種用于制備彩色全息波導光柵的自動化曝光系統(tǒng)，所述自動化曝光系統(tǒng)包括曝光參數(shù)輸入模塊，曝光角度、曝光位置計算模塊，以及激光光源、準直擴束裝置、光束曝光角度調控裝置、曝光位置調控裝置及干板夾具等光路模塊，所述系統(tǒng)可計算并電控調節(jié)曝光光束干涉角度、全息干板曝光位置等，實現(xiàn)自動化制備彩色全息波導光柵的效果。

技術領域

本發(fā)明屬于全息光學技術，具體涉及一種全息干涉曝光技術，尤其涉及一種用于制備彩色全息波導光柵的自動化曝光系統(tǒng)。

背景技術

體全息光柵是利用全息干涉技術制備的一種衍射光柵，該光柵是通過激光器發(fā)出的兩束相干激光光束，在感光材料內部形成明暗相間的干涉條紋，使得感光材料的折射率分布根據(jù)明暗條紋發(fā)生變化，在干涉曝光過程中，明條紋區(qū)域內的折射率升高，而暗條紋區(qū)域內的折射率下降，最終材料內部形成一種折射率調制光柵，明條紋和暗條紋區(qū)域的折射率差即為體全息光柵的折射率調制度，其決定了制備光柵的衍射效率、衍射帶寬等光學衍射性能。

相比于傳統(tǒng)的刻劃光柵，體全息光柵有著雜散光少，+1級衍射效率高，波長及角度選擇性好等諸多優(yōu)勢，所以全息體光柵在很多領域都在逐步取代傳統(tǒng)的刻劃光柵。根據(jù)再現(xiàn)光束的衍射方向和光柵矢量方向，可以將該光柵分為反射型體全息光柵和透射型體全息光柵，透射型體全息光柵被廣泛應用于高分辨光譜儀中的分光器件、太陽能采集器、光通信等領域；而反射型體全息光柵相較于透射型體全息光柵，具有更大的衍射角度響應帶寬，更窄的衍射波長響應帶寬(色散更低)，主要應用于全息波導顯示領域。

在全息波導顯示領域實際應用中，體全息光柵作為全息光學耦合器件，用于將帶有圖像信息的光束耦合進入波導傳播，再將光束耦合進入人眼的作用。全息波導光柵的光柵周期為百納米尺度，且輸入和輸出光柵的光柵參數(shù)要嚴格對稱，因此對全息波導光柵的制備工藝精度有極高的要求。目前，制備彩色體全息光柵的傳統(tǒng)工藝是用手工搭建光路調整記錄光曝光角度，這種方法的精確度和一致性難以保證。同時，制備不同參數(shù)的體全息光柵需要搭建不同的曝光光路調整記錄光角度，大大增加了制備時間和難度。因此，如何快速調整曝光光路實現(xiàn)一致性高、重復性好、精準度高的體全息光柵制備裝置是如今體全息技術中的一個重點研究方向。

發(fā)明內容

發(fā)明目的：為提高波導光柵的制備效率和精確度，提高生產效率，縮短工藝時間，本發(fā)明提出一種用于制備彩色體全息光柵的自動化曝光系統(tǒng)。

技術方案：一種用于制備彩色全息波導光柵的自動化曝光系統(tǒng)，通過輸入物光和參考光與體光光柵夾角，計算反射鏡的偏轉角度和曝光點的位置，進而控制機械裝置自動化調節(jié)體光柵的位置與曝光光路，滿足不同設計參數(shù)下的體全息光柵曝光光路精度，所述系統(tǒng)包括光柵參數(shù)設置模塊，曝光角度計算模塊，曝光位置計算模塊，電控驅動控制模塊和干涉曝光系統(tǒng)；

所述光柵參數(shù)設置模塊用于設置光柵曝光參數(shù)，包括設置再現(xiàn)光入射和衍射角度、記錄光波長、記錄光光強和曝光時間；

所述曝光角度計算模塊基于K矢量圓、布拉格衍射定理，根據(jù)光柵參數(shù)、記錄光波長和光柵曝光參數(shù)計算得到參考光和物光的干涉角度；

所述曝光位置計算模塊用于根據(jù)兩束記錄光干涉角度、曝光平臺上物光和參考光光路的相對位置關系計算得到全息干板的曝光位置；

所述電控驅動控制模塊根據(jù)記錄光干涉角度、全息干板曝光位置，由計算機向驅動控制器輸入數(shù)字控制信號，驅動控制器對電控旋轉臺、電控平移臺輸入電流信號，用于控制電控旋轉臺旋轉角度、控制電控平移臺的位移距離；

所述干涉曝光系統(tǒng)包括單縱模激光器、電控快門、分光擴束準直光學系統(tǒng)、電控記錄光曝光角度調控裝置、電控曝光位置調控裝置。