CN105388546B - 一种凹面体全息光栅 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种凹面体全息光栅，包括体全息光栅本体，体全息光栅本体的前表面设有弧形的凹槽，凹面纵切得到的曲线满足如下条件：其中，x轴为与曲线的最低点相切的坐标轴，y轴为垂直于光栅底面的坐标轴，f(x)表示曲线方程，f'(x)为f(x)的一阶导数，n是光栅介质折射率，a、b分别为光源的横坐标、纵坐标。本发明采用上述结构，能够降低对入射光线的角度要求，省去平行光处理环节，降低装置的复杂程度。

Description

一种凹面体全息光栅
技术领域
本发明涉及光谱成像领域，具体涉及一种凹面体全息光栅。
背景技术
传统的体全息光栅前表面为平面,由于入射光有一定的发散角，那么入射光的不同角谱成分的入射角不同，根据体全息光栅的特性可知，不同入射角对应的衍射光中心波长不同，这不仅会使得体全息光栅的滤波中心波长发生偏移，使滤波曲线的半高宽增宽，还会造成像面的色模糊问题更加严重。传统的方式通常要使用与体光栅严格匹配的光束变化系统，严格限制视场角到0.1°以下，这样的光束变换系统设计和制作难度较大，造价昂贵，体积庞大，并且对实际应用需要较大的视场角的要求相矛盾。
发明内容
本发明的目的在于提供一种凹面体全息光栅，解决传统的体全息光栅在面对具有较大发散角的入射光时严重的色模糊和中心波长漂移问题。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案实现：一种凹面体全息光栅，包括光栅，所述光栅为体全息光栅，所述体全息光栅的上表面设有凹面。
进一步地，作为优选方案，所述凹面为半球面。
进一步地，作为优选方案，所述凹面为弧形的凹槽。
进一步地，作为优选方案，所述凹面纵切得到的曲线满足如下条件：
其中，x轴为与曲线的最低点相切的坐标轴，y轴为垂直于光栅底面的坐标轴，f(x)表示曲线方程，f'(x)为f(x)的一阶导数，n是光栅介质折射率，a、b分别为光源的横坐标、纵坐标。
进一步地，作为优选方案，所述凹面的最低点到光栅的底面的距离d满足如下条件：
其中，Λ为光栅周期，θB为布拉格角，λ为入射光波长，Δλ为波长选择性曲线的半高全宽。
进一步地，作为优选方案，所述凹面的最低点到光栅上沿的竖直距离为凹面的最低点到光栅底面的距离d的1.1～1.5倍。
进一步地，作为优选方案，所述凹槽的两侧上沿与光栅的侧面齐平。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明通过对传统的平面体全息光栅进行改造，设计了特殊的凹面结构，使不同角度的入射光进入体全息光栅后，得到的折射光线为平行光束，从而使入射光在射入体全息光栅前，无需进行平行光处理，降低了对入射光线的角度要求，省去了平行光处理环节，降低了装置的复杂程度。
(2)将本发明运用到光谱成像系统中，能够避免不同角度的入射光造成体全息光栅的滤波中心波长发生偏移，进而避免滤波曲线的半高宽增宽，防止像面的色模糊问题加重。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图；
图2为不同角度入射光在本实用新型中进行折射的示意图。
图中附图标记对应的名称为：
1、光栅，2、凹面。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例：
本实施例所述的一种凹面体全息光栅，包括光栅1，光栅1为体全息光栅，体全息光栅的上表面设有凹面2，入射光从上表面入射，即入射光首先经过凹面2。本实施例的凹面2可以为半球面，或者弧形的凹槽结构，具体如图1所示，弧形的凹槽设置于光栅1的顶部，且横向贯通光栅1的顶部。对光栅1进行纵切，即可得到凹面2纵切之后的曲线，如图2所示，图中的曲线部分由凹槽纵切得到，x轴为与曲线的最低点即凹面的最低点相切的坐标轴，y轴为垂直于光栅底面的坐标轴，假设该曲线满足的曲线方程为y＝f(x)，体全息光栅外的光源的坐标为(a，b)，入射角为θb，布拉格角为θB，于是有：
sinθb＝n·sinθB (1)
其中，n为光栅介质折射率。
由于光束的发散角存在，点(a,b)会发出不同方向的光线，假设其中一条与布拉格入射方向存在θ角度间隔的光线，与凹面的交点为(x,f(x)),凹面上该点的切线与x轴夹角α满足：
α＝arc tan f'(x) (2)
其中，f'(x)为f(x)的一阶导数；
同时，从图2可知：
因此，该点上法线偏转α，光束入射角为θb-θ+α；折射光线与布拉格入射光的折射光线平行，因此折射角为θB+α.根据折射定律有
sin(θb-θ+α)＝n·sin(θB+α) (4)
将(1)、(2)、(3)代入(4)，并取近似关系sinθ≈θ可得方程：
式(5)即凹面纵切得到的曲线需要满足的方程。
因此，通过在传统的体全息光栅的上表面即入射面设置满足式(5)的曲线所构成的曲面，即可保证从(a，b)点射出的光线经光栅折射后，得到的是平行光，即无需对入射光进行任何平行处理，即可得到平行的折射光，相当于是平行的入射光射入到传统的体全息光栅，相对于传统的体全息光栅，本发明在减弱了发散角的影响的同时，能够有效简化装置，使光束处理更简单。
另外，需要说明的是，本实施例采用的是体全息光栅，这与一般的面全息光栅是有本质区别的，面全息属于薄全息，薄全息与体全息的划分由Q因子决定：
其中，Λ为光栅周期，n0为折射率，d为光栅厚度，λ为入射光波长；
Q大于一定值时为体全息，反之为薄全息。由公式可知，在入射光波长和介质折射率一定时，Q因子由光栅厚度和周期决定，如果周期一定，则体全息的厚度远大于薄全息的厚度。由此可见，面全息的厚度通常较小，常用的在数微米到几十微米，一般不能直接切出凹面形状，要形成凹面，通常只能在介质材料的表层制作，在介质材料的表层凹面与底面之间没有光栅条纹。
但是，对于全息光栅，光栅的波长选择性与厚度和周期有关，厚度越大，周期越小，波长选择性曲线的半高宽越小，波长选择特性越好，即只有厚度达到一定程度后，才会具有明显的波长选择性和角度选择性。因此薄全息光栅的波长选择性是达不到“面阵”光谱成像要求的，通常需要借助狭缝进行“线阵”成像，将不同波长光衍射到不同级次上，再通过推扫方式才能得到“面阵”图像，是一种先“光谱维”分光后“空间维”推扫的方式。其凹面通常用于调整光谱维的均匀性。
而本实施例的体全息光栅，厚度属于毫米量级，可以直接切出凹面，这是之前体全息光栅没有的改造和应用，光栅条纹存在于凹面与底面之间的整个介质中，这是“体”的概念，这样的光栅具有好的波长选择特性，无需狭缝用于面阵成像，即直接对某一波长进行空间面阵成像，再扫描不同光谱，是一种先“空间维”成像后“光谱维”扫描的光谱成像方式，本实施例通过在体全息光栅上设置特定的凹面形状后，能够调整光束中不同角度部分的入射角，来减小色模糊和中心波长漂移。
另外，为了更好地平衡衍射效率和谱宽，发明人还进行了如下研究：发明人对光栅厚度，尤其是凹面底部到光栅底面的厚度进行了大量试验和研究，通过研究发现，当凹面2的最低点到光栅1的底面的距离d满足如下条件：
其中，Λ为光栅周期，θB为布拉格角，λ为入射光波长，Δλ为波长选择性曲线的半高全宽。
此时，能够确保衍射光的衍射效率和谱宽不会因为厚度的不同而造成过大的差异，更好地满足衍射和光谱成像的要求。
优选的，凹面2的最低点到光栅1上沿的竖直距离为凹面2的最低点到光栅1底面的距离d的1.1～1.5倍，发明人经过大量试验和研究发现，凹面2的最低点到光栅1上沿的竖直距离，也就是凹面的深度对光衍射也有一定的影响，当凹面深度为凹面2的最低点到光栅1底面的距离d的1.1～1.5倍时，能够使得光栅的不同厚度部分的衍射效率和谱宽具有较小的差异，有利于光谱成像。
优选的，凹槽的两侧上沿与光栅1的侧面齐平，也就是说，凹槽的宽度与光栅的宽度相等，在这种条件下，能够确保光路尽可能地都进入到凹面后，能够有效减轻色模糊问题。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种凹面体全息光栅，其特征在于：包括光栅(1)，所述光栅(1)为体全息光栅，所述体全息光栅的上表面设有凹面(2)；
所述凹面(2)为弧形的凹槽；
所述凹面(2)纵切得到的曲线满足如下条件：
<mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> <msup> <mi>arctanf</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo> <mo>-</mo> <mi>a</mi> <mi>r</mi> <mi>c</mi> <mi>t</mi> <mi>a</mi> <mi>n</mi> <mfrac> <mrow> <mi>x</mi> <mo>-</mo> <mi>a</mi> </mrow> <mrow> <mi>f</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mi>b</mi> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <mi>a</mi> <mi>r</mi> <mi>c</mi> <mi>t</mi> <mi>a</mi> <mi>n</mi> <mfrac> <mi>a</mi> <mi>b</mi> </mfrac> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow>
其中，x轴为与曲线的最低点相切的坐标轴，y轴为垂直于光栅底面的坐标轴，f(x)表示曲线方程，f'(x)为f(x)的一阶导数，n是光栅介质折射率，a、b分别为光源的横坐标、纵坐标；
所述凹面(2)的最低点到光栅(1)的底面的距离d满足如下条件：
<mrow> <mi>d</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&amp;Lambda;cot&amp;theta;</mi> <mi>B</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>&amp;lambda;</mi> </mrow> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>&amp;lambda;</mi> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中，Λ为光栅周期，θB为布拉格角，λ为入射光波长，Δλ为波长选择性曲线的半高全宽。
2.根据权利要求1所述的一种凹面体全息光栅，其特征在于：所述凹面(2)的最低点到光栅(1)上沿的竖直距离为凹面(2)的最低点到光栅(1)底面的距离d的1.1～1.5倍。
3.根据权利要求1或2所述的一种凹面体全息光栅，其特征在于：所述凹槽的两侧上沿与光栅(1)的侧面齐平。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112987286B (zh) * 2021-04-21 2021-07-20 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种基于体布拉格光栅的光束扫描系统
CN114200564B (zh) * 2021-12-07 2023-05-05 业成科技（成都）有限公司 曲面贴合光栅偏振膜片及其制造方法与金属栅模具

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101614879A (zh) * 2009-07-24 2009-12-30 北京工业大学 窄带光滤波器
CN101793555A (zh) * 2009-02-01 2010-08-04 复旦大学 电调谐全息聚合物分散液晶Bragg体光栅单色仪
CN101918202A (zh) * 2007-12-21 2010-12-15 安特永国际公司 光学系统
CN102096204A (zh) * 2011-01-05 2011-06-15 苏州大学 宽带角度选择激光滤波器
CN103134587A (zh) * 2013-01-29 2013-06-05 北京理工大学 一种基于体全息光栅组件分光的光谱分光成像系统光路
CN103592777A (zh) * 2013-11-29 2014-02-19 苏州大学 低截止频率混合空间滤波器
CN205210333U (zh) * 2015-12-21 2016-05-04 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种凹面体全息光栅

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6673497B2 (en) * 2000-01-04 2004-01-06 University Of Central Florida High efficiency volume diffractive elements in photo-thermo-refractive glass

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101918202A (zh) * 2007-12-21 2010-12-15 安特永国际公司 光学系统
CN101793555A (zh) * 2009-02-01 2010-08-04 复旦大学 电调谐全息聚合物分散液晶Bragg体光栅单色仪
CN101614879A (zh) * 2009-07-24 2009-12-30 北京工业大学 窄带光滤波器
CN102096204A (zh) * 2011-01-05 2011-06-15 苏州大学 宽带角度选择激光滤波器
CN103134587A (zh) * 2013-01-29 2013-06-05 北京理工大学 一种基于体全息光栅组件分光的光谱分光成像系统光路
CN103592777A (zh) * 2013-11-29 2014-02-19 苏州大学 低截止频率混合空间滤波器
CN205210333U (zh) * 2015-12-21 2016-05-04 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种凹面体全息光栅

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