CN101546001A - 一种无缝拼接大面积全息光栅的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无缝拼接大面积全息光栅的制备方法，利用第一参考光栅在干涉记录光场中的光学特性实时检测干涉记录光场与已记录主光栅部分之间位相和倾斜，利用第二参考光栅实时检测主光栅的位置，以实现光栅准确的无缝拼接。本发明创造性地提出了设置两个参考光栅的技术方案，通过第一参考光栅实现左、右两侧的调整，通过第二参考光栅解决移除第一参考光栅时造成的影响，从而实现了大面积全息光栅的无缝拼接，保证了衍射光栅线条的等距和平直性精度要求。

Description

一种无缝拼接大面积全息光栅的制备方法

技术领域

本发明涉及一种全息光学元件的制备方法，具体涉及一种大面积全息光栅的无缝拼接制备方法。

背景技术

大面积等间距一维衍射光栅是许多大型高科技工程项目的关键元件。目前，在激光约束核聚变系统中，对一维衍射光栅线条的等距和平直性精度要求极高。全息技术是制造大口径衍射光栅的十分重要技术手段，而衍射光栅的口径受限于全息记录光学系统口径。为了制造出超大口径的全息光栅，采用多块光栅进行拼接是有效的实现方式。

现有技术中，大面积全息光栅的拼接可分为全息曝光拼接和机械拼接两个方向。机械拼接方法是通过设计特殊的微动定位机构来保证子光栅之间栅线相互平行的精度和相应的相位关系。然而，这些机械结构很难保证光栅在拼接后长时间内的稳定性，工程的实用性受到限制；另一方面，子光栅之间的缝隙不可能做到零缝隙，而缝隙会对工程使用产生影响。而用全息曝光拼接法制作大面积光栅，可能获得较好的稳定性并实现无缝拼接。从而，寻求合适的全息曝光对位拼接方法，成为本领域研究者关注的焦点。

发明内容

本发明目的是提供一种大面积全息光栅的制备方法，以实现无缝拼接，保证衍射光栅线条的等距性的平直性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种无缝拼接大面积全息光栅的制备方法，包括下列步骤：

(1)在全息干涉记录光场中分别对两块全息干板进行曝光、显影，获得第一参考光栅和第二参考光栅；

(2)将第一参考光栅置于待制作大面积全息光栅的主全息干板的前方中部，将第二参考光栅置于主全息干板的一侧边外侧，并使第一、第二参考光栅与主全息干板一起固定在可移动的曝光支架平台上，将主全息干板远离第二参考光栅的部分定义为左半边，靠近第二参考光栅的部分定义为右半边；

(3)遮挡主全息干板，使第一参考光栅和第二参考光栅同时处于全息干涉记录光场中，调节曝光支架，使得第一参考光栅和第二参考光栅分别与干涉记录光场形成稀疏莫尔条纹；

(4)平移曝光支架，使得第一参考光栅和主全息干板的左半边位于干涉记录光场内，记录第一参考光栅与干涉记录光场形成的莫尔条纹，对主全息干板的左半边曝光；

(5)平移曝光支架，使得第一参考光栅、主全息干板的右半边和第二参考光栅位于干涉记录光场内，微调曝光支架和光路，使得第一参考光栅再现的莫尔条纹与步骤(4)记录的莫尔条纹一致，然后记录第二参考光栅与干涉记录光场形成的莫尔条纹；

(6)移去第一参考光栅，观察第二参考光栅再现的莫尔条纹，通过微调曝光支架和光路，使得第二参考光栅再现的莫尔条纹与步骤(5)中记录的莫尔条纹一致，对主全息干板的右半边以及原来被第一参考光栅遮蔽的部分进行曝光，实现大面积全息光栅的制备。

上述技术方案利用莫尔条纹的性质来实现光栅的无缝拼接，即如果两个光栅之一移动，则等差条纹发生移动，当光栅移动一个条纹的间距时，等差条纹就移动一个条纹间距，莫尔条纹的疏密(条纹间距d)与两光栅之间的夹角θ相对应。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

为了实现光栅的无缝拼接，一种考虑是利用莫尔条纹的性质设置一参考光栅，分别对参考光栅的左、右两侧进行曝光，利用参考光栅的莫尔条纹来保证栅线间的平行性和相位关系，然而，由于移除参考光栅时会导致主全息干板的微小移动，这种方式难以实现光栅的无缝拼接；本发明创造性地提出了设置两个参考光栅的技术方案，通过第一参考光栅实现左、右两侧的调整，通过第二参考光栅解决移除第一参考光栅时造成的影响，从而实现了大面积全息光栅的无缝拼接，保证了衍射光栅线条的等距和平直性精度要求。

附图说明

附图1是实施例一中记录干板的布置示意图；

附图2是实施例一中记录光路示意图之一；

附图3是实施例一中记录光路示意图之二：

附图4是实施例一中第一参考光栅形成的莫尔条纹示意图；

附图5是实施例一中第二参考光栅形成的莫尔条纹示意图。

其中：1、第一参考光栅；2、第二参考光栅；3、主全息干板左半边；4、主全息干板右半边。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：一种无缝拼接大面积全息光栅的制备方法，包括下列步骤：

(1)在全息干涉记录光场中分别对两块全息干板进行曝光、显影，获得第一参考光栅和第二参考光栅；制作光路可采用附图2所示的光路；

(2)参见附图1所示，将第一参考光栅1置于待制作大面积全息光栅的主全息干板的前方中部，将第二参考光栅2置于主全息干板的一侧边外侧，并使第一、第二参考光栅与主全息干板一起固定在可移动的曝光支架平台上，将主全息干板远离第二参考光栅的部分定义为主全息干板左半边3，靠近第二参考光栅的部分定义为主全息干板右半边4；确保第一参考光栅、第二参考光栅与主全息干板在运动过程中保持相对静止，第一参考光栅、第二参考光栅与主全息干板高度相近；

(3)遮挡主全息干板(可用遮光罩遮光保护)，使第一参考光栅和第二参考光栅同时处于全息干涉记录光场中，调节曝光支架使得第一参考光栅与干涉记录光场形成较疏的莫尔条纹，调节第二参考光栅，使得第二参考光栅与干涉记录光场形成较疏的莫尔条纹，如附图2所示；

(4)平移曝光支架，主全息干板连同两个参考光栅一起移动(主全息干板和两参考光栅之间保持相对静止)，使得第一参考光栅和主全息干板的左半边位于干涉记录光场内，微调物光星点的位置使莫尔条纹的方向与第一参考光栅的栅线方向垂直，记录第一参考光栅与干涉记录光场形成的莫尔条纹，如图4中的(a)所示，然后对主全息干板的左半边曝光，右半边不曝光；如附图3所示；

(5)平移曝光支架，使得第一参考光栅、主全息干板的右半边和第二参考光栅位于干涉记录光场内，如附图2所示，此时，可以观察到第一参考光栅与记录光场之间形成的莫尔条纹，如附图4的(b)所示，该莫尔条纹的间距以及位相与原始图像会存在一定的差异，微调曝光支架，利用条纹锁定系统控制莫尔条纹的位相，使得第一参考光栅再现的莫尔条纹与步骤(4)记录的莫尔条纹一致，如图4中的(c)所示，然后记录第二参考光栅与干涉记录光场形成的莫尔条纹，如图5中的(a)所示；其中条纹锁定系统是通过控制反射镜的前后位置，实现光程调节，达到位相控制的目的；

(6)移去第一参考光栅，主全息干板此时会发生微小移动，观察第二参考光栅再现的莫尔条纹，可反映主全息干板的位置变化，如图5(b)所示，通过微调曝光支架，利用条纹锁定系统控制莫尔条纹的位相，使得第二参考光栅再现的莫尔条纹与步骤(5)中记录的莫尔条纹一致，如图6(c)所示，然后对主全息干板的右半边以及原来被第一参考光栅遮蔽的部分进行曝光，实现大面积全息光栅的制备。

Claims (1)

1.一种无缝拼接大面积全息光栅的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

(1)在全息干涉记录光场中分别对两块全息干板进行曝光、显影，获得第一参考光栅和第二参考光栅；

(2)将第一参考光栅置于待制作大面积全息光栅的主全息干板的前方中部，将第二参考光栅置于主全息干板的一侧边外侧，并使第一、第二参考光栅与主全息干板一起固定在可移动的曝光支架平台上，将主全息干板远离第二参考光栅的部分定义为左半边，靠近第二参考光栅的部分定义为右半边；

(3)遮挡主全息干板，使第一参考光栅和第二参考光栅同时处于全息干涉记录光场中，调节曝光支架，使得第一参考光栅和第二参考光栅分别与干涉记录光场形成稀疏莫尔条纹；

(4)平移曝光支架，使得第一参考光栅和主全息干板的左半边位于干涉记录光场内，记录第一参考光栅与干涉记录光场形成的莫尔条纹，对主全息干板的左半边曝光；

(5)平移曝光支架，使得第一参考光栅、主全息干板的右半边和第二参考光栅位于干涉记录光场内，微调曝光支架和光路，使得第一参考光栅再现的莫尔条纹与步骤(4)记录的莫尔条纹一致，然后记录第二参考光栅与干涉记录光场形成的莫尔条纹；

(6)移去第一参考光栅，观察第二参考光栅再现的莫尔条纹，通过微调曝光支架和光路，使得第二参考光栅再现的莫尔条纹与步骤(5)中记录的莫尔条纹一致，对主全息干板的右半边以及原来被第一参考光栅遮蔽的部分进行曝光，实现大面积全息光栅的制备。

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