[發明專利]一種用于批量制備全息衍射波導的曝光區域計算方法及其應用

有效

• 申請號: 202210543887.3
• 申請日: 2022-05-19
• 公開（公告）號: CN114815024B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 蘇鑫;沈忠文;盧超月;高永麗;田闖;王鵬;楊燕;李鎮
• 申請（專利權）人: 南京工業職業技術大學
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;G02B27/00
• 代理公司: 南京合礪專利商標代理事務所(普通合伙) 32518
• 代理人: 劉淵

本發明公開了一種用于批量制備全息衍射波導的曝光區域計算方法及其應用，所述方法用于批量制備全息衍射波導的曝光裝置的中的全息干板移動控制和曝光區域形狀及面積計算，根據曝光參數，計算出入耦合光柵尺寸和波導片尺寸，進一步的在批量制備全息衍射波導的曝光裝置通過控制全息干板的移動，包括控制其位移、位移間隔時間和待曝光的區域形狀及面積，得到全息干板曝光結束總時長以及總位移的相關控制信號，最后通過控制電機平移臺的輸入電流信號，基于批量曝光裝置，實現全息波導光柵的批量曝光處理。

技術領域

本發明屬于全息光學技術，涉及一種制備全息衍射波導的曝光計算方法及其應用。

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明暗條紋發生變化，在干涉曝光過程中，明條紋區域內的折射率升高，而暗條紋區域內的折射率下降，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勢，所以全息體光柵在很多領域都在逐步取代傳統的刻劃光柵。根據再現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。

目前，制備彩色全息波導光柵已存在自動化曝光系統(ZL202010438666.0)然而該方案所涉及的曝光系統只能制備單片全息波導光柵，這對于全息波導光柵的批量生產是遠遠不夠的，因此需要一種能夠制備多個光柵的精準自動控制方法及控制裝置以提高光柵制備效率，為批量化生產體全息光柵提供保障。

發明內容：

發明目的：針對現有技術自動化曝光系統中對于控制技術的不足，本發明的第一目的是提供制備全息衍射波導的曝光區域計算方法，用于調節在電控平臺下全息干板的曝光區域，基于曝光裝置，以控制單元進行計算輸出控制信號，本發明的第二目的是提供一種批量制備全息衍射波導的曝光應用方法。

技術方案：一種制備全息衍射波導的曝光計算方法，該方法通過全息波導成像原理來計算入耦合光柵和出耦合光柵的形狀面積以及相對位置關系，得到所需曝光的光斑，該方法包括如下步驟：

(1)確定曝光參數，包括光柵衍射效率、光柵組數、光束強度、全息干板尺寸、全息波導成像視場角、微像源光機出瞳、全息波導出瞳尺寸、出瞳距離、平板波導的折射率；

(2)根據曝光參數，計算出入耦合光柵尺寸和波導片尺寸，計算過程如下：

(21)全息波導成像視場角FOV、微像源光機出瞳為P_in、入耦合光柵尺寸為i_x×i_y、平板波導厚度為d、光線傳播角度為θ，光柵傾角為ξ、平板波導的折射率為λ，x方向上邊緣FOV光線在波導中的最小傳播角度θ_min計算公式如下：

(22)記出耦合光柵尺寸為O_x×O_y、出瞳為P_out、出入耦合光柵間距為P，入耦合光柵寬度i_y，豎直方向上的出瞳yP_out與出入耦合光柵間距P滿足以下公式：

yFOV表示豎直方向的成像視場角；

出耦合光柵長度O_x，O_y滿足以下公式：