CN103955128A - 一种全息光栅三维主动稳定控制记录方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全息光栅三维主动稳定控制记录方法，具体为：（1）制备两个参考光栅；（2）获得两个参考光栅的莫尔条纹；（3）在全息记录光路中放置主光栅干板，打开干涉记录光，记录记录光场与两参考光栅形成的莫尔条纹图像，获得参考图像；（4）实时记录记录光场与两参考光栅形成的莫尔条纹图像；（5）与参考图像比较，获得莫尔条纹图像移动信息，实时调节控制补偿装置，实现实时莫尔条纹图像与参考图像一致；（6）达到设定曝光时间，经显影获得主光栅。本发明通过三维主动稳定控制干涉光场，使得当记录光场相对光栅基板发生变化时，能在长时间曝光过程中实现实时动态补偿，提高大口径光栅全息记录的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种全息光栅三维主动稳定控制记录方法，用以实现大口径光栅长时间全息曝光记录。
背景技术
大口径脉冲压缩光栅是实现超快超强脉冲激光的关键元件。在超大功率拍瓦量级激光装置中，对光栅的口径需求已达米级。随着光栅口径的增大，干涉光路变得庞大，全息曝光时间将大大延长，当全息记录的干涉条纹密度比较高，如光栅周期在亚微米量级，光栅口径在米级尺度范围，全息记录干涉光场几十纳米运动变化的累积效应会严重影响全息光栅掩模的形貌。如何实现长时间全息记录过程中干涉光场的纳米级稳定成为米级口径光栅制造成败的关键。
发明内容
本专利的发明目的是提供一种采用三维主动控制技术获得全息记录干涉光场相对稳定的方法，实现干涉光场与记录光栅之间的相对稳定，实现大口径光栅长时间全息曝光记录，用以制作优质的大口径全息光栅。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种全息光栅三维主动稳定控制记录方法，包括下列步骤：
（1）在全息干涉记录光场中，在待放置主光栅干板的侧边设置两个参考光栅干板，然后同时对两块参考光栅干板进行曝光；
（2）对两块参考光栅进行显影操作，获得第一参考光栅和第二参考光栅；
（3）将获得的第一参考光栅和第二参考光栅原位放置到原记录光路中，记录光场将与两参考光栅形成莫尔条纹，微调参考光栅位置，获得数条较稀疏的莫尔条纹，并用摄像系统记录莫尔条纹；
（4）在全息记录光路中放置主光栅干板，打开干涉记录光，并用摄像系统记录下记录光场与两参考光栅形成的莫尔条纹图像，得到参考图像；
（5）摄像系统实时记录记录光场与两参考光栅形成的莫尔条纹图像，并与步骤（4）中参考图像比较，获得莫尔条纹图像移动信息，若图像一致，摄像系统继续记录莫尔条纹图像，若图像不一致，则调节第一反射镜沿着镜面法向一维平动，或者调节第一扩束器二维运动，实现实时控制莫尔条纹图像，使其与参考图像保持一致；
（6）到达设定曝光时间，完成主光栅的全息记录，经显影，获得主光栅。
优选的技术方案，所述步骤（5）中采用微位移器调节第一反射镜沿着镜面法向一维平动，改变一束记录光的光程, 可以控制莫尔条纹的位相，从而控制干涉光场与主光栅之间的位相。
优选的技术方案，所述第一扩束器的二维运动，由垂直于光轴的X方向和Y方向运动构成：Y方向运动，改变记录光束的入射角，用于消除干涉条纹空间频率变化，控制其运动可以使第一参考光栅上的莫尔条纹角度发生倾斜变化；X方向运动，改变一束记录光束的俯仰角度，使干涉条纹发生旋转，控制其运动可以使第二参考光栅上的莫尔条纹疏密变化，消除干涉条纹相对记录光栅基板旋转。
进一步的技术方案，所述微位移器为压电陶瓷微位移器。
上文中，当第二参考光栅的莫尔条纹向上或向下移动，调节第一反射镜沿镜面法向一维前后平动，改变一束记录光的光程，可以控制莫尔条纹的位相，从而控制干涉光场与主光栅之间的位相，实现干涉光场位相补偿控制。
上文中，当第一参考光栅上的莫尔条纹角度发生倾斜变化时，调节第一扩束器Y方向运动，改变记录光束的入射角，用于消除干涉光场条纹空间频率变化，控制其运动可以使第一参考光栅上的莫尔条纹角度发生倾斜变化，实现干涉条纹空间频率控制。
上文中，当第二参考光栅上的莫尔条纹疏密变化时，调节第一扩束器X方向运动，改变一束记录光束的俯仰角度，使干涉条纹发生旋转，控制其运动可以使第二参考光栅上的莫尔条纹疏密发生变化，消除干涉光场条纹相对记录光栅基板的旋转，实现干涉条纹旋转控制。
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：
本发明通过三维主动稳定控制干涉光场，包括干涉光场位相补偿控制，干涉条纹空间频率控制，干涉条纹旋转控制，使得当记录光场相对光栅基板发生变化时，能在长时间曝光过程中实现实时动态补偿，提高大口径光栅全息记录的稳定性，从而能够获得优质的全息光栅。
附图说明
图1是莫尔条纹示意图；
图2是实施例一的干涉光场控制原理示意图；
图3是实施例一中第一参考光栅、第二参考光栅与主光栅分布示意图；
图4是实施例一中第一参考光栅、第二参考光栅与干涉光场形成的莫尔条纹示意图；
图5是实施例一中干涉光场的运动状态示意图，其中（a）干涉条纹位相变化，（b）干涉条纹旋转变化，（c）干涉条纹空频变化；
图6是实施例一中第二参考光栅莫尔条纹位相控制示意图，其中（a）原始图像，（b）莫尔条纹位相变化后图像，（c）校正后图像；
图7是实施例一中第一参考光栅莫尔条纹倾斜控制示意图，其中（a）原始图像，（b）莫尔条纹倾斜变化后图像，（c）校正后图像；
图8是实施例一中干涉条纹旋转引起莫尔条纹疏密控制示意图，其中（a）原始图像，（b）莫尔条纹疏密变化后图像，（c）校正后图像。
其中：1、主光栅干板；2、第一参考光栅；3、第二参考光栅；4、莫尔条纹；5、第一反射镜；6、第一扩束器；7、第一记录光束；8、第二记录光束；9、压电陶瓷微位移器。
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：附图1是莫尔条纹示意图，参见附图2至附图8所示，一种全息光栅三维主动稳定控制记录方法， 待记录主光栅口径为400mm×1000mm，光栅空频为1740Line/mm，光栅记录过程包括下列步骤：
（1）如附图2所示，为本实施例一干涉光场控制原理示意图，全息干涉记录光场中，在待放置主光栅干板1的侧边设两参考光栅干板，然后同时对两块参考光栅干板进行曝光，第一记录光束7、第二记录光束8相对全息光栅干板的入射角为21.06度，记录光的波长为0.4131um。
（2）取出参考光栅，对其进行显影操作，获得第一参考光栅2(口径为50mm×1000mm)和第二参考光栅3(口径为400mm×50mm)，第一参考光栅2、第二参考光栅3与主光栅干板1的分布如附图3所示。
（3）将获得的第一参考光栅2和第二参考光栅3原位放置到原记录光路中，记录光场将与两参考光栅形成莫尔条纹，微调参考光栅位置可以得到数条较稀疏的莫尔条纹4(2条-10条)，并用摄像系统记录莫尔条纹，如附图4所示。
（4）在全息记录光路中放置主光栅干板1，打开干涉记录光，并用摄像系统记录下记录光场与两参考光栅形成莫尔条纹图像,得到参考图像，如附图6中的（a），附图7中的（a）所示。
（5）摄像系统实时记录记录光场与两参考光栅形成莫尔条纹图像, 如附图6中的（b），附图7中的（b）,附图8中的（b）所示,并与步骤（4）中参考图像比较,获得莫尔条纹图像移动信息，若图像一致，摄像系统继续记录莫尔条纹图像，若图像不一致，则利用压电陶瓷微位移器9驱动第一反射镜5沿镜面法向一维平动，第一扩束器6二维运动，实现实时控制莫尔条纹图像与参考图像一致,如附图6，附图7,附图8所示；当第二参考光栅3的莫尔条纹向上或向下移动，如附图6中的（b），调节第一反射镜5沿镜面法向一维平动, 得到附图6中的（c）；当第一参考光栅2上的莫尔条纹角度发生倾斜变化时，如附图7中的（b），调节第一扩束器6Y方向运动，得到附图7中的（c）；当第二参考光栅上3的莫尔条纹疏密变化时，如附图8中的（b），调节第一扩束器X方向运动，得到附图8中的（c）。
（6）到达设定曝光时间，完成主光栅的全息记录，经显影，获得主光栅。
Claims (4)
1.一种全息光栅三维主动稳定控制记录方法，其特征在于：在全息记录光路中设置三种控制方法,分别为干涉条纹位相补偿控制,干涉条纹空间频率控制和干涉条纹旋转控制, 实时动态补偿记录干涉条纹相对光栅基板变化，实现大口径光栅长时间稳定全息干涉记录，包括下列步骤：
（1）全息干涉记录光场中，在待放置主光栅干板(1)的侧边设置两个参考光栅干板，然后同时对两块参考光栅干板进行曝光；
（2）取出参考光栅，对其进行显影操作，获得第一参考光栅(2)和第二参考光栅(3)；
（3）将获得的第一参考光栅(2)和第二参考光栅(3)原位放置到原记录光路中，全息干涉记录光场将与两参考光栅形成莫尔条纹，微调参考光栅位置，获得数条较稀疏的莫尔条纹，并用摄像系统记录莫尔条纹；
（4）在全息记录光路中放置主光栅干板(1)，打开干涉记录光，并用摄像系统记录下全息干涉记录光场与两参考光栅形成的莫尔条纹图像，记录存储一幅参考图像；
（5）摄像系统实时记录记录光场与两参考光栅形成的莫尔条纹图像，并与步骤（4）中参考图像比较，获得莫尔条纹图像移动信息，若图像一致，摄像系统继续记录莫尔条纹图像；若图像不一致，则调节第一反射镜(5)沿着镜面法向一维平动，或者调节第一扩束器(6)二维运动，实现实时控制莫尔条纹图像，使其与参考图像保持一致；
（6）到达设定曝光时间，完成主光栅的全息记录，经显影，获得主光栅。
2.根据权利要求1所述的一种全息光栅三维主动稳定控制记录方法，其特征在于：所述步骤（5）中采用微位移器调节第一反射镜(5)沿着镜面法向一维平动，改变一束记录光的光程, 可以控制莫尔条纹的位相，从而控制干涉光场与主光栅之间的位相。
3.根据权利要求1所述的一种全息光栅三维主动稳定控制记录方法，其特征在于：所述第一扩束器(6)的二维运动，由垂直于光轴的X方向和Y方向运动构成：Y方向运动，改变记录光束的入射角，用于消除干涉条纹空间频率变化，控制其运动可以使第一参考光栅(2)上的莫尔条纹角度发生倾斜变化；X方向运动，改变一束记录光束的俯仰角度，使干涉条纹发生旋转，控制其运动可以使第二参考光栅(3)上的莫尔条纹疏密变化，消除干涉条纹相对记录光栅基板旋转。
4.根据权利要求2所述的一种全息光栅三维主动稳定控制记录方法，其特征在于：所述微位移器为压电陶瓷微位移器。
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