CN103698983B - 一种全息光栅曝光干涉条纹相位移动与锁定装置 - Google Patents
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Abstract
一种全息光栅曝光干涉条纹相位移动与锁定装置，属于光谱技术领域中涉及的一种装置。要解决的技术问题是提供一种全息光栅曝光干涉条纹相位移动与锁定装置。技术方案包括光源激光器、平面反射镜、分光片、声光移频器、定频声光调制器、光栅基底、相位测量接收器、控制器。光源激光分光后，两束光束通过定频声光调制器和声光移频器移频，一部分出射光干涉形成曝光干涉条纹，另外一部分分别进入两个相位测量接收器，通过外差法获取相干光束的相位差，控制器控制声光移频器驱动频率维持相位差恒定。该装置可以准确的对全息光栅曝光干涉条纹的相位进行有效的移动控制和相位锁定，对全息光栅制作技术与工艺水平的提高具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及光谱技术领域，具体涉及全息光栅曝光干涉条纹相位移动与锁定装置。
背景技术
全息光栅是一种重要的光学元件，在光谱仪器、测量、光学信息处理和通讯等诸多领域具有广泛的应用。曝光过程是全息光栅制作过程中最为重要的工艺环节之一。在全息光栅的曝光过程中，通过两束相干光干涉获取曝光干涉条纹，将此干涉条纹照射在涂有光刻胶的光栅基底上，记录干涉条纹即可获得全息光栅掩模，合格的全息光栅掩模是后续工艺过程的基础，直接决定着能否获得合格的全息光栅。为获得合格的全息光栅掩模，须保证曝光过程中，曝光干涉条纹相对于光栅基底保持固定的相位关系，但由于工作台的振动、空气流动、环境温度的波动等会导致干涉条纹相对光栅基底发生不希望的相位移动，这种相位移动将造成全息光栅掩模的槽形模糊。若相位移动达到π，将完全抹去已有的槽形，光刻胶上不会得到任何光栅槽型。
为克服曝光过程中由于外界环境等引起的相位移动，一般采取被动方式和主动方式对干涉条纹的相位进行控制，被动方式主要是指严格控制曝光光路的外界环境，包括采用隔振光学平台、封闭曝光光路减少气流流动、保持温度恒定等。常用的主动方式是指通过带有压电陶瓷的反射镜控制两束干涉光中的一束相干光的光程，移动干涉条纹补偿不希望的相位漂移，与本发明专利接近的已有技术是中国专利号为ZL 200610039967.6，发明名称为“用控制装置稳定全息干涉条纹的方法及装置”，该方法中利用线阵CCD采集干涉条纹图像信息并传送给控制装置，控制装置计算条纹漂移量，控制与反射镜连接在一起的压电陶瓷移动进行相位补偿。这种方法直接对干涉条纹进行检测，可以有效稳定曝光区域的干涉条纹，但由于线阵CCD的响应速度较慢，对干涉条纹的缓慢漂移抑制效果较好，对较高频率的条纹抖动抑制效果有限。
发明内容
本发明目的在于在全息光栅曝光过程中，使曝光干涉条纹相对光栅基底可进行相位移动并可以实现固定相位锁定，以获取优质的全息光栅槽形。
一种全息光栅曝光干涉条纹相位移动与锁定装置。包括光源激光器、第一定频声光调制器、第一平面反射镜、第一分光片、第二平面反射镜、第三平面反射镜、声光移频器、第二定频声光调制器、第二分光片、第三分光片、第一扩束镜、第二扩束镜、光栅基底、第四平面反射镜、第四分光片、第五平面反射镜、第五分光片、第六分光片、第一相位测量接收器、第二相位测量接收器和控制器。
所述光源激光器发出的激光束经过第一定频声光调制器后，出射零级光束和一级衍射光束，零级光束通过第一分光片分成两束相干光束；一束相干光束经过第二平面反射镜、声光移频器后出射一级衍射光为移频干涉光束，所述移频干涉光束通过第二分光片后，透射光束通过第一扩束镜扩束后照射在光栅基底上，反射光束通过第五分光片透射进入第一相位测量接收器；另外一束相干光束经过第三平面反射镜、第二定频声光调制器后，出射的一级衍射光为定频干涉光束，经第三分光片后透射光束通过第二扩束镜扩束后照射在光栅基底上，经第三分光片反射的光束通过第六分光片后透射进入第二相位测量接收器；
所述经第一扩束镜的移频干涉光束与经第二扩束镜扩束的定频干涉光束的两束相干光在光栅基底上形成曝光用干涉条纹；
经第一定频声光调制器出射的一级衍射光作为相位测量参考光束，所述参考光束经过第一平面反射镜、第四平面反射镜后通过第四分光片分为两束光束，其中透射光束通过第六分光片后进入第二相位测量接收器，反射光束通过第五平面反射镜、第五分光片后进入第一相位测量接收器；所述第一相位测量接收器和第二相位测量接收器通过连接线连接到控制器，所述第一相位测量接收器和第二相位测量接收器分别接收差频光信号并进行光电信号转换，转换后的电信号传入控制器，所述控制器控制声光移频器的驱动频率，调整移频干涉光束的频率，实现干涉条纹相位移动与闭环锁定。
所述控制器包括差频信号测量板卡，IO板卡、频率发生器以及功率放大器，通过显示与输入设备设定移频干涉光束和定频干涉光束之间的目标相位差，所述第一相位测量接收器与第二相位测量接收器将接收的差频光信号转换为电信号后，传入控制器，所述控制器内部的差频测量板卡的减法器对相干光束的相位作差，获取移频干涉光束和定频干涉光束之间的相位差，该相位差与设定的目标相位差比较，将比较结果通过反馈控制算法计算并通过IO板卡输出数字控制量控制声光移频器的驱动频率，调整移频干涉光束的频率，完成干涉条纹的闭环锁定。
本发明工作原理：声光器件可以改变入射光的频率，入射光经过声光器件内部后将发生衍射，出射的0级光保持入射光的频率，出射的1级衍射光将在入射光的频率f0基础上增加一个频率Δf。相干光束的频差对时间的积分为相位移动量，通过调节相干光束之间的频差可以调节干涉条纹的相位。控制系统中的差频信号测量板卡只能接收差频信号，通过全息光栅曝光干涉条纹相位移动与锁定装置的光学系统，差频信号测量板卡的参考轴接收定频干涉光束的相位信息，测量轴接收移频干涉光束的相位信息。通过外差法可获取两束干涉光束的相位差，通过反馈控制算法，调节移频干涉光束的频率，即可保持两束干涉光束的相位差恒定，从而保证干涉条纹的相位恒定，实现相位锁定。
本发明的有益效果：本发明提出的装置可以准确的对全息光栅曝光干涉条纹的相位进行有效的移动控制和相位锁定，可以获取优质的全息光栅槽型，对全息光栅制作技术与工艺水平的提高具有重要意义。
附图说明
图1为本发明所述的全息光栅曝光干涉条纹相位移动与锁定装置的结构示意图；
图2为本发明所述的全息光栅曝光干涉条纹相位移动与锁定装置中控制器的原理图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1和图2说明本实施方式，全息光栅曝光干涉条纹相位移动与锁定装置该装置包括：
光源激光器1发出的激光束经过第一定频声光调制器2后，出射0级光束和1级衍射光束，0级光束通过第一分光片4分成两束相干光束。一束相干光束经过第二平面反射镜5、声光移频器7后，出射的1级衍射光为移频干涉光束9，通过第二分光片11后透射光束通过第一扩束镜13扩束后照射在光栅基底15上，反射光束通过第五分光片19后透射进入第一相位测量接收器21。另外一束相干光束经过第三平面反射镜6、第二定频声光调制器8后，出射的1级衍射光为定频干涉光束10，通过第三分光片12后透射光束通过第二扩束镜14照射在光栅基底15上，反射光束通过第六分光片20后透射进入第二相位测量接收器22。两束相干光将在光栅基底15上形成曝光用干涉条纹。
从第一定频声光调制器2出射的1级衍射光作为相位测量参考光束，经过第一平面反射镜3、第四平面反射镜16后通过第四分光片17分为两束光束，其中透射光束通过第六分光片20后进入第二相位测量接收器22，反射光束通过第五平面反射镜18，第五分光片19后进入第一相位测量接收器21。第一相位测量接收器21和第二相位测量接收器22通过连接线连接到控制器23，控制器23通过频率发生器和功率放大器驱动声光移频器7。
本实施方式所述的光源激光器1采用Kr+激光器，发射波长为413.1nm；第一平面反射镜3、第二平面反射镜5、第三平面反射镜6、第四平面反射镜16、第五平面反射镜18为玻璃基底镀铝反射镜；第一扩束镜13、第二扩束镜14为40X显微物镜；第一定频声光调制器2为法国AA公司的MQ120-A3-UV；声光移频器7为法国AA光电公司的MQ110-B30A3-UV；第二定频声光调制器8为法国AA光电公司的MQ118-A3-UV；光栅基底15采用K9光学玻璃，K9光学玻璃上涂敷的光致抗蚀剂为日本Shipley 1805正型光致抗蚀剂；第一相位测量接收器21、第二相位测量接收器22为美国Agilent公司的10780C接收器；控制器23包含带有PCI插槽的工控机、显示器、输入设备、差频信号测量板卡为Agilent公司的10889B、IO板卡为研华公司的PCI1751U。
Claims (2)
1.一种全息光栅曝光干涉条纹相位移动与锁定装置，包括光源激光器(1)、第一定频声光调制器(2)、第一平面反射镜(3)、第一分光片(4)、第二平面反射镜(5)、第三平面反射镜(6)、声光移频器(7)、第二定频声光调制器(8)、第二分光片(11)、第三分光片(12)、第一扩束镜(13)、第二扩束镜(14)、光栅基底(15)、第四平面反射镜(16)、第四分光片(17)、第五平面反射镜(18)、第五分光片(19)、第六分光片(20)、第一相位测量接收器(21)、第二相位测量接收器(22)和控制器(23)；其特征是：
所述光源激光器(1)发出的激光束经过第一定频声光调制器(2)后，出射零级光束和一级衍射光束，零级光束通过第一分光片(4)分成两束相干光束；一束相干光束经过第二平面反射镜(5)、声光移频器(7)后出射一级衍射光为移频干涉光束(9)，所述移频干涉光束(9)通过第二分光片(11)后，透射光束通过第一扩束镜(13)扩束后照射在光栅基底(15)上，反射光束通过第五分光片(19)透射进入第一相位测量接收器(21)；另外一束相干光束经过第三平面反射镜(6)、第二定频声光调制器(8)后，出射的一级衍射光为定频干涉光束(10)，经第三分光片(12)后透射光束通过第二扩束镜(14)扩束后照射在光栅基底(15)上，经第三分光片(12)反射的光束通过第六分光片(20)后透射进入第二相位测量接收器(22)；
所述经第一扩束镜(13)的移频干涉光束(9)与经第二扩束镜(14)扩束的定频干涉光束(10)的两束相干光在光栅基底(15)上形成曝光用干涉条纹；
经第一定频声光调制器(2)出射的一级衍射光作为相位测量参考光束，所述参考光束经过第一平面反射镜(3)、第四平面反射镜(16)后通过第四分光片(17)分为两束光束，其中透射光束通过第六分光片(20)后进入第二相位测量接收器(22)，反射光束通过第五平面反射镜(18)、第五分光片(19)后进入第一相位测量接收器(21)；所述第一相位测量接收器(21)和第二相位测量接收器(22)通过连接线连接到控制器(23)，所述第一相位测量接收器和第二相位测量接收器分别接收差频光信号并进行光电信号转换，转换后的电信号传入控制器(23)，所述控制器(23)控制声光移频器的驱动频率，调整移频干涉光束的频率，实现干涉条纹相位移动与闭环锁定。
2.根据权利要求1所述的一种全息光栅曝光干涉条纹相位移动与锁定装置，其特征在于，所述控制器包括差频信号测量板卡，IO板卡、频率发生器以及功率放大器，通过显示与输入设备设定移频干涉光束和定频干涉光束之间的目标相位差，所述第一相位测量接收器(21)与第二相位测量接收器(22)将接收的差频光信号转换为电信号后，传入控制器(23)，所述控制器(23)内部的差频测量板卡的减法器对相干光束的相位作差，获取移频干涉光束(9)和定频干涉光束(10)之间的相位差，该相位差与设定的目标相位差比较，将比较结果通过反馈控制算法计算并通过IO板卡输出数字控制量控制声光移频器(9)的驱动频率，调整移频干涉光束(11)的频率，完成干涉条纹的闭环锁定。
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