CN103064140A - 全息变间距光栅曝光光路的装调方法 - Google Patents

全息变间距光栅曝光光路的装调方法 Download PDF

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Abstract

全息变间距光栅曝光光路的装调方法，属于光谱技术领域，为解决现技术中测量难度大、精度低的问题，本发明方法包括步骤一、初建全息变间距光栅的曝光光路；步骤二、建立全息变间距光栅的曝光光路装调装置；步骤三、计算机处理干涉条纹，拟合干涉图中条纹的间距与曲率的函数，计算出光路参数的失调量，依照失调量调整光路；步骤四、重复步骤二和步骤三直到失调量满足公差的要求；步骤五、按照步骤二至步骤四装调另一只光路；步骤六、将光栅基底固定在CCD相机的物面位置，装调完成，在全息变间距光栅的制作中，通过对曝光光路与参考光路干涉条纹的处理、计算获知曝光光路参数，能够实时、准确地获得数据，提高全息变间距光栅的制作效率与精度。

Description

全息变间距光栅曝光光路的装调方法
技术领域
本发明属于光谱技术领域，具体涉及全息变间距光栅曝光光路的装调方法。
背景技术
全息变间距光栅具有不等间距的弯曲刻线。通过优化刻线的沟槽函数，可以消除一定像差，进而提高光学系统的成像质量。应用全息变间距光栅可极大的提高光谱仪器的性能。
全息变间距光栅的制作原理是利用光刻胶记录两束相干球面波或者非球面波的干涉条纹，然后经显影转化为浮雕轮廓。在全息变间距光栅的制作过程中，曝光光路的参数决定光栅的刻线的沟槽函数。制约全息变间距光栅应用的瓶颈主要在其曝光过程中光路的装调难度大，利用简单的方法装调精度低。
全息变间距光栅包含利用两球面波干涉曝光制作的光栅与利用两非球面波干涉曝光制作的光栅两种。如图1所示，利用两非球面波干涉曝光制作的全息变间距光栅的曝光装置包括激光器1-1、扩束镜1-2、分束器1-3、两平面反射镜1-4、两空间滤波器1-5、两非平面反射镜1-6和光栅基底1-7。决定光栅刻线间距与弯曲程度的曝光参数包括两个空间滤波器的针孔到各自反射镜中心的距离pc、pd、两非平面反射镜中心到光栅基底中心的距离qc、qd、两入射光与各自反射镜法线的夹角α、β、反射镜中心和基底中心连线与基底法线的夹角γ、δ，以及反射镜的曲率参数。利用两非球面波干涉制作的光栅具有更多可优化的参数，因而具有更好的应用前景。然而由于光路中参数较多，且包含非平面反射镜，给光路的装调带来了极大的困难。同时，曝光光路参数的误差对制作出的光栅质量影响极大，因此高精度的曝光光路的装调方法对全息变间距光栅的制作至关重要。
专利号为CN101082804A，专利名称为“凹面光栅制作光路中测量波源点与毛坯中心点距离的方法”与专利号为CN101082480A，“一种确定凹面光栅全息制作光路中两激光束夹角的方法”的两个专利分别提出了测量曝光光路的波源点与光栅基底中心点距离和确定两记录激光光束夹角的方法，其采用的是间接测量的方法，主要针对利用两球面波干涉曝光制作的光栅的曝光系统的装调，这两种方法存在着精度低的缺点，并不适用于更复杂的利用两非球面波干涉曝光所制作的光栅的光路的装调。
发明内容
本发明为解决现在全息变间距光栅曝光光路装调中，测量难度大、精度低的问题，将计算机辅助装调的思路引入全息变间距光栅曝光系统装调过程中，提出一种在全息变间距光栅制作过程中能够实时测量曝光光路参数的方法。
全息变间距光栅曝光光路的装调方法，包括以下步骤：
步骤一、初建全息变间距光栅的曝光光路，将光栅基底中心所在位置设为系统坐标原点，法线方向设为正向，利用千分尺、量角器分别组建两支曝光光路，使各个空间滤波器、非平面反射镜的位置、偏转角在系统坐标中与理想位置、偏转角接近；
步骤二、建立全息变间距光栅的曝光光路装调装置，令激光器发出的光经过第一扩束镜扩束，再经过分束器后形成测试光和参考光两部分；测试光经过第一光纤传输器进入曝光系统的一支光路中，其先后经过曝光系统的滤波器、非平面反射镜后经半反半透镜透射；参考光经过第二光纤传输器传输后再经第二扩束镜，经过第二扩束镜扩束后入射到半反半透镜，参考光经半反半透镜反射；经半反半透镜透射的测试光与经半反半透镜反射的参考光在CCD相机的物平面发生干涉，干涉条纹被CCD相机记录，传输给计算机；
步骤三、计算机处理干涉条纹，计算出光路参数的失调量；依据失调量调整光路空间滤波器和非平面反射镜的位置及偏转角，且调整半反半透镜、CCD相机、扩束镜的接收角度，以利接收到清晰的干涉条纹；
步骤四、重复步骤二和步骤三直到失调量满足公差的要求；
步骤五、按照步骤二至步骤四，装调另一支光路；
步骤六、将光栅基底固定在系统坐标原点位置，法线指向系统坐标中的正向，装调完成。
步骤二中所述的第二扩束镜、半反半透镜、CCD相机中心的水平高度相同，且调整过程中三者始终保持直角“L”型不变。
步骤二中，在装调的过程中，半反半透镜与CCD相机始终正对着非平面反射镜的中心，且CCD相机的物平面中心在系统坐标中的位置不变，其相对于系统坐标正向的转角可测。
本发明利用了计算机辅助装调的原理：加入了检测光路，将检测光路分成两部分，令一支光导入待测光路成为非球面波前的待测光，令另一支形成平面波前的参考光，利用CCD相机记录两支光的干涉条纹，利用计算机对条纹进行图像处理与拟合，得到非球面波前的Zernike系数，经过计算与检验可以确定待测光路的参数，经过与理想参数的比较可以计算出待测光路的失调量，进而可以指导装调，这一方法可以很好的提高曝光光路装调的精度。
本发明的有益效果是：在全息变间距光栅的制作过程中，通过加入检测光路，利用计算机辅助装调的原理来实现装调是一种装调全息光栅曝光系统的有效方法，能够做到实时、准确地获得具体数据，提高全息变间距光栅的制作效率与制作精度。
附图说明
图1是全息变间距光栅的曝光系统示意图。
图2是本发明全息变间距光栅曝光光路的装调方法流程图。
图3是本发明全息变间距光栅曝光光路的装调装置示意图。
图中：1-1、激光器，1-2、第一扩束镜，1-3、分束器，1-4、两平面反射镜，1-5、两空间滤波器，1-6、两非平面反射镜，1-7、光栅基底，2、检测激光器，3、扩束镜，4、分束镜，5、第一光纤传输器，6、第二光纤传输器，7、半反半透镜，8、第二扩束镜，9、CCD相机，10、计算机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
如图2所示，全息变间距光栅曝光光路的装调方法，包括以下步骤：
步骤一、初建全息变间距光栅的曝光光路，将光栅基底中心所在位置设为系统坐标原点，法线方向设为正向，利用千分尺、量角器分别组建两支曝光光路，使各个空间滤波器1-4、非平面反射镜1-5的位置、偏转角在系统坐标中尽可能与理想位置、偏转角接近；
步骤二、建立全息变间距光栅的曝光光路装调装置，如图3所示，令激光器2发出的光经过第一扩束镜3扩束，再经过分束器4后形成测试光和参考光两部分；测试光经过第一光纤传输器5进入曝光系统的一支光路中，其先后经过曝光系统的滤波器1-4、非平面反射镜1-5后经半反半透镜7透射；参考光经过第二光纤传输器6传输后再经第二扩束镜8，经过第二扩束镜8扩束后入射到半反半透镜7，参考光经半反半透镜7反射；经半反半透镜7透射的测试光与经半反半透镜7反射的参考光在CCD相机9的物平面发生干涉，干涉条纹被CCD相机9记录，传输给计算机10；
第二扩束镜8、半反半透镜7、CCD相机9中心的水平高度相同，且调整过程中三者始终保持直角“L”型不变；
在装调的过程中，半反半透镜7与CCD相机9始终正对着非平面反射镜1-5的中心，且CCD相机9的物平面中心在系统坐标中的位置不变，其相对于系统坐标正向的转角可测；
步骤三、计算机10通过预处理、图像增强、骨架抽取、图像切割等技术处理干涉条纹，根据干涉条纹拟合出光路波前的Zernike系数，再经软件计算、验证确定光路参数的失调量，依照失调量调整光路；
依据失调量调整光路空间滤波器1-4和非平面反射镜1-5的位置及偏转角，且适当调整半反半透镜7、CCD相机9、扩束镜8的接收角度，以利接收到清晰的干涉条纹。
步骤四、重复步骤二和步骤三直到失调量满足公差的要求；
步骤五、按照步骤二至步骤四，装调另一支光路；
步骤六、将光栅基底1-7固定在系统坐标原点位置，法线指向系统坐标中的正向，装调完成。
检测激光器2采用固体激光器，波长为543.8nm。
第一光纤传输器5与第二光纤传输器6均是单模光纤两端具有光纤准直器的结构。单模光纤型号为460HP，模场直径为3.5±0.5μm。
第二扩束镜8的放大倍率为20倍。
CCD相机9为高灵敏度科学级CCD相机，放大倍率为×4，像素数≥2000×2000个，像元不大于5μm。

Claims (3)

1.全息变间距光栅曝光光路的装调方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤一、初建全息变间距光栅的曝光光路，将光栅基底中心所在位置设为系统坐标原点，法线方向设为正向，利用千分尺、量角器分别组建两支曝光光路，使各个空间滤波器（1-4）、非平面反射镜（1-5）的位置、偏转角与理想位置、偏转角接近；
步骤二、建立全息变间距光栅的曝光光路装调装置，令激光器（2）发出的光经过第一扩束镜（3）扩束，再经过分束器（4）后形成测试光和参考光两部分；测试光经过第一光纤传输器（5）进入曝光系统的一支光路中，其先后经过曝光系统的滤波器（1-4）、非平面反射镜（1-5）后经半反半透镜（7）透射；参考光经过第二光纤传输器（6）传输后再经第二扩束镜（8），经过第二扩束镜（8）扩束后入射到半反半透镜（7），参考光经半反半透镜（7）反射；经半反半透镜（7）透射的测试光与经半反半透镜（7）反射的参考光在CCD相机9的物平面发生干涉，干涉条纹被CCD相机（9）记录，传输给计算机（10）；
步骤三、计算机（10）处理干涉条纹，计算出光路参数的失调量；依据失调量调整光路空间滤波器（1-4）和非平面反射镜（1-5）的位置及偏转角，且调整半反半透镜（7）、CCD相机（9）、扩束镜（8）的接收角度，以利接收到清晰的干涉条纹；
步骤四、重复步骤二和步骤三直到失调量满足公差的要求；
步骤五、按照步骤二至步骤四，装调另一支光路；
步骤六、将光栅基底（1-7）固定在系统坐标原点位置，法线指向系统坐标中的正向，装调完成。
2.根据权利要求1所述的全息变间距光栅曝光光路的装调方法，其特征在于，步骤二中所述的第二扩束镜（8）、半反半透镜（7）、CCD相机（9）中心的水平高度相同，且装调过程中三者始终保持直角“L”型不变。
3.根据权利要求1所述的全息变间距光栅曝光光路的装调方法，其特征在于，步骤二中，在装调的过程中，半反半透镜（7）与CCD相机（9）始终正对着非平面反射镜（1-5）的中心，且CCD相机（9）的物平面中心在系统坐标中的位置不变，其相对于系统坐标正向的转角可测。
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