CN111308877B - 一种全息光学元件加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全息光学元件加工装置，包括：空间光调制器阵列，所述空间光学调制器阵列包括呈阵列排布的子空间光调制器，每个所述子空间光调制器能够独立对入射光线进行调制，以形成物光或参考光；光源部件，所述光源部件用于为所述空间光调制器阵列提供入射光线。本发明提供的全息光学元件加工装置能够实现全息光学元件，特别是非周期全息光学元件的一步加工，进而提升加工效率，提高全息光学元件的性能稳定性。

Description

一种全息光学元件加工装置

技术领域

本发明涉及光学领域，特别地，涉及一种全息光学元件加工装置。

背景技术

全息光学元件是一种区别于传统光学元件的衍射光学元件，通过全息材料的衍射实现特定的光学性能。全息光学元件具有质量轻、体积小、成本低、生产周期短、性能优良等优点，被广泛应用到成像与显示技术、光通信、光学测量、光学存储、光学加密等诸多领域。全息光学元件的加工方法一般基于光学全息原理，通过将物光和参考光同时入射到全息记录材料上进行曝光，得到两束光干涉条纹的全息记录。

在实际应用中，通常需要大面积多区域非周期的全息光学元件。针对多区域非周期全息光学元件，常规的加工方法一般是对全息记录材料分区、分次曝光，即把全息记录材料划分成不同区域，通过曝光光路或者全息记录材料的移动，对每个区域逐次曝光，从而实现整个元件的加工。但是，此种加工方法需要对曝光光路和全息记录材料逐次对准，加工过程复杂，难度较大，而且曝光过程容易受到环境的干扰，产品性能不稳定。

因此，如何简化加工程序，降低加工难度，从而提高非周期全息光学元件的性能稳定性成为亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述技术问题中的至少一个方面，本申请提供一种全息光学元件加工装置，旨在实现全息光学元件，特别是非周期全息光学元件的一步加工，进而提升加工效率，提高全息光学元件的性能稳定性。

本申请提供如下技术方案：

一种全息光学元件加工装置，所述全息光学元件加工装置包括：

空间光调制器阵列，所述空间光学调制器阵列包括呈阵列排布的子空间光调制器，所述子空间光调制器能够独立对入射光线进行调制，以形成物光或参考光；

光源部件，所述光源部件用于为所述空间光调制器阵列提供入射光线。

可选地，所述空间光调制器阵列包括：

用于形成所述物光的物光空间光调制器阵列，用于形成所述参考光的参考光空间光调制器阵列；

所述物光空间光调制器阵列中的子空间光调制器与所述参考光空间光调制器阵列中的子空间光调制器一一对应，组成子空间光调制器对；

所述子空间光调制器对与全息干板上的特定区域对应，所述子空间光调制器对形成相干的物光和参考光，以对所述特定区域进行曝光。

可选地，每个所述子空间光调制器具有多个自由度，能够根据加工要求调整空间位置或空间角度。

可选地，每个所述子空间光调制器具有3个空间位置坐标和3个空间旋转坐标。

可选地，所述空间光调制器阵列中的所述子空间光调制器的数量能够根据全息干板的大小进行调整。

可选地，所述全息光学元件加工装置还包括：

控制部件，所述控制部件用于向所述空间光调制器阵列结构输入控制信号，以控制各所述子空间光调制器对所述入射光线进行调制。

可选地，所述控制部件还用于，控制各所述子空间光调制器的空间位置和空间角度。

可选地，所述光源部件包括：

激光器，所述激光器用于为所述空间光调制阵列提供光源；

光线调整组件，所述光线调整组件包括分光单元、扩束单元、准直单元，所述光线调整组件用于将所述激光器出射的光线调整至预设状态后，进入所述空间光调制器阵列的各所述子空间光调制器。

附图说明

附图是用来提供对本申请的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本申请，但并不构成对本申请的限制。在附图中：

图1是本申请提供的全息光学元件加工装置的立体示意图；

图2是本申请提供的全息光学元件加工装置的原理图示意图；

图3是本申请提供的反射型全息光学元件加工装置的立体示意图；

图4是本申请提供的反射型全息光学元件加工装置的原理示意图；

图5是本申请提供的透射型全息光学元件加工装置的立体示意图；

图6是本申请提供的透射型全息光学元件加工装置的原理示意图；

图7是空间光调制器阵列为平面结构的全息光学元件加工装置示意图；

图8是空间光调制器阵列为曲面结构的全息光学元件加工装置示意图；

图9是本申请提供的反射型全息光学元件加工装置的光路图；

图10是本申请提供的透射型全息光学元件加工装置的光路图；

图11本申请提供的透射型全息光学元件加工装置的多光束光路图。

具体实施方式

以下结合附图对本申请的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请，并不用于限制本申请。

为解决现有技术中，全息光学元件加工，特别是非周期全息光学元件加工程序繁琐、难度大，加工出的全息光学元件的性能稳定性差等问题，本申请提供一种全息光学元件加工装置。

如图1至图2所示，本申请提供的全息光学元件加工装置包括：

空间光调制器阵列，所述空间光学调制器阵列包括呈阵列排布的子空间光调制器100，所述子空间光调制器100能够独立对入射光线进行调制，以形成物光101或参考光102。

光源部件10，所述光源部件10用于为所述空间光调制器阵列提供入射光线。

图1仅示出了由3x3子空间光调制器组成的空间光调制器阵列的立体结构。但应当清楚的是，空间光调制器阵列中子空间光调制器的数量及排布方式可以根据实际情况来确定，本申请不作具体限定，凡是使用空间光调制器阵列加工全息干板的情况都属本申请范围。在本申请提供的全息光学元件加工装置中，由子空间光调制器100按照一定的规则三维排列，构成空间光调制器阵列，每个子空间光调制器100可以独立的对光源部件10提供的入射光线进行调制以形成物光101或参考光102。在加工全息光学元件时，根据加工要求，将全息干部13划分为n个区域，使与全息干板13上的特定区域对应的部分子空间光调制器100对入射光线进行调制形成物光101，使与上述特定区域对应的其余子空间光调制器100对入射光线进行调制形成参考光102，并且物光101与参考光102相干，从而在全息干板13上的特定区域形成干涉条纹，完成该特定区域的曝光。因为在本申请中，各子空间光调制器100可以独立的对入射光线进行调制，所以对应于全息干板13上的不同区域的子空间光调制器100可以产生不同的物光101或参考光102，进而在全息干板13的不同区域形成不同的干涉条纹，从而制造出非周期的全息光学元件。而且，当对应于全息干板13上的不同区域的子空间光调制器100同时工作，就能一步加工出大面积多区域的全息光学元件。需要说明的是，当本申请中的空间光调制器阵列中的各个子空间光调制器100呈周期排布，且以相同的方式对入射光进行调制、产生相同的物光和参考光时，就可以制造出周期全息光学元件。

由此可见，本申请提供的全息光学元件加工装置，利用多个子空间光调制器100组成空间光调制阵列，能够实现全息光学元件，特别是非周期全息光学元件的一步加工，进而提升加工效率，提高全息光学元件的性能稳定性。

作为本申请的一种可选的实施方式，如图3至图6所示，可以将本申请提供的全息光学元件加工装置的空间光调制器阵列设置为：用于形成所述物光101的物光空间光调制器阵列11，用于形成所述参考光102的参考光空间光调制器阵列12。

在本申请中，对反射型全息光学元件和透射型全息光学元件的加工装置，提供了不同的空间光调制器阵列结构。图3示出了反射型全息光学元件加工装置的立体结构；图4示出了反射型全息光学元件加工装置的工作原理；图5示出了透射型全息光学元件加工装置的立体结构；图6示出了透射型全息光学元件加工装置的工作原理。下面主要以反射型全息光学元件加工装置为例，对本申请的技术方案进行具体说明。需要强调的是，在本申请中，对不同类型的全息光学元件进行加工的装置，其工作原理相同，仅在空间光调制器阵列结构上存在区别，因此，对反射型全息光学元件加工装置原理的说明具有一般性。

如图4所示，具体地，所述物光空间光调制器阵列11由子空间光调制器111、112、113、…、11n构成，所示参考光空间光调制器阵列12由由子空间光调制器121、122、123、…、12n构成。其中，所述物光空间光调制器阵列11中的子空间光调制器与所述参考光空间光调制器阵列12中的子空间光调制器一一对应，组成子空间光调制器对，例如，由位置相对的子空间光调制器111和子空间光调制器121对应组成子空间光调制器对。当然，子空间光调制器对也可以由物光空间光调制器阵列11和参考光空间光调制器阵列12中任意两个子空间光调制器组成，如子空间光调制器112和子空间光调制器123，或子空间光调制器113和子空间光调制器122。

每一对子空间光调制器对都与全息干板13上的特定区域对应，所述子空间光调制器对形成相干的物光101和参考光102，以对所述特定区域进行曝光。特别地，所述子空间光调制器对可以同时加工全息干板13中的多块区域，也可以由多对子空间光调制器对对全息干板13上的同一区域进行加工。

在本申请中，每个所述子空间光调制器11n和/或12n都具有多个自由度，更加具体地，每个所述子空间光调制器11n和/或12n具有3个空间位置坐标和3个空间旋转坐标，能够根据加工要求灵活调整空间位置或空间角度。例如，如图7所示，通过调整各个子空间光调制器11n和/或12n的空间位置和角度，可以使物光空间光调制器阵列11和/或参考光空间光调制器阵列12呈平面结构；如图8所示，通过调整各个子空间光调制器11n和/或12n的空间位置和角度，可以使物光空间光调制器阵列11和/或参考光空间光调制器阵列12呈曲面结构。

此外，所述物光空间光调制器阵列11和/或参考光空间光调制器阵列12中的所述子空间光调制器11n和/或12n的数量能够根据全息干板13的大小进行调整。在本申请中，对空间光调制器阵列所包含的子空间光调制器的数目不作具体限定，凡是使用空间光调制器阵列加工全息干板的情况都属本申请范围。

为了控制各子空间光调制器11n和/或12n按照加工要求对入射光线进行调制，形成相应的物光101和参考光102，本申请通过控制部件向所述空间光调制器阵列输入控制信号，以控制各所述子空间光调制器11n和/或12n对所述入射光线进行调制。所述控制部件还用于控制各子空间光调制器11n和/或12n的空间位置和空间角度。

下面给出使用本申请提供装置加工全息光学元件的具体实施例：

图9至图11示出了根据本申请设计的用于全息光学元件一步加工的系统光路图。图9适用于反射型全息光学元件，图10和图11适用于透射型全息光学元件，其中，图11为一种多光束光路图，虽然只示出了双光束情况，但多光束原理相同。在本实施例中，不同光束之间不要求严格平行。

在本实施例中，光源部件包括：

用于为所述空间光调制阵列提供光源的激光器301；用于将所述激光器出射的光线调整至预设状态以进入所述空间光调制器阵列的各所述子空间光调制器的光线调整组件。

具体地，所述光线调整组件还包括：快门302、反光镜303、分束器304、准直系统305。需要进一步说明的是，如图11所示，所述光线调整组件的各组成部分与光束一一对应，以使特定光束按照特定的光路入射到所述空间光调制器阵列上。

在本实施例中，激光器301发射出足够功率的激光，照射到快门302上；快门302控制光路的曝光时间；激光经反光镜303调整后按照特定光路传播到分束器304；分束器304将激光分成两束，然后经过扩束和准直系统305准直后，形成两列平行光，分别照射到空间光调制器阵列306a和306b上；经调制得到物光307和参考光308；物光307和参考光308照射到需要加工的全息干板309上，经过适当曝光，得到所需的多区域非周期全息光学元件。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本申请的原理而采用的示例性实施方式，然而本申请并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本申请的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本申请的保护范围。

Claims (5)

1.一种全息光学元件加工装置，其特征在于，所述全息光学元件加工装置包括：

空间光调制器阵列，所述空间光学调制器阵列包括呈阵列排布的子空间光调制器，每个所述子空间光调制器能够独立对入射光线进行调制，以形成物光或参考光；

光源部件，所述光源部件用于为所述空间光调制器阵列提供入射光线；

所述空间光调制器阵列包括：

用于形成所述物光的物光空间光调制器阵列，用于形成所述参考光的参考光空间光调制器阵列；

所述物光空间光调制器阵列中的子空间光调制器与所述参考光空间光调制器阵列中的子空间光调制器一一对应，组成子空间光调制器对；

所述子空间光调制器对与全息干板上的特定区域对应，所述子空间光调制器对形成相干的物光和参考光，以对所述特定区域进行曝光形成干涉条纹；

每个所述子空间光调制器具有多个自由度，能够根据加工要求调整空间位置或空间角度，其中，每个所述子空间光调制器的多个自由度包括3个空间位置坐标和3个空间旋转坐标。

2.根据权利要求1所述的全息光学元件加工装置，其特征在于，所述空间光调制器阵列中的所述子空间光调制器的数量能够根据全息干板的大小进行调整。

3.根据权利要求1所述的全息光学元件加工装置，其特征在于，所述全息光学元件加工装置还包括：

控制部件，所述控制部件用于向所述空间光调制器阵列输入控制信号，以控制各所述子空间光调制器对所述入射光线进行调制。

4.根据权利要求3所述的全息光学元件加工装置，其特征在于，所述控制部件还用于，控制各所述子空间光调制器的空间位置和空间角度。

5.根据权利要求1所述的全息光学元件加工装置，其特征在于，所述光源部件包括：

激光器，所述激光器用于为所述空间光调制阵列提供光源；

光线调整组件，所述光线调整组件包括分光单元、扩束单元、准直单元，所述光线调整组件用于将所述激光器出射的光线调整至预设状态后，进入所述空间光调制器阵列的各所述子空间光调制器。

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