CN112198576A - 一种体全息布拉格反射镜的紫外曝光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种体全息布拉格反射镜的紫外曝光方法，包括如下步骤：(1)让一束平行的紫外光垂直入射双棱镜的底面、从双棱镜的两个侧面分波面出射两束平行光，出射的两束平行光在双棱镜前方形成干涉条纹。(2)让干涉条纹照射在所述PTR玻璃上、对干涉条纹进行记录；在T时间内所述PTR玻璃上形成体全息布拉格光栅。本发明的曝光方法专门针对体全息布拉格反射镜而设计，通过一块双棱镜进行分波面干涉，并且在干涉条纹处用PTR玻璃记录，可以通过控制双棱镜的底角来精准确定体全息布拉格光栅的周期，而不需要人手调节，大大增加了制作精准度和效率。同时也避免了双光束干涉的不稳定性带来的周期的偏差和环境震动带来的干涉条纹周期的不确定性。
Description
技术领域
本发明涉及光学领域，具体涉及一种体全息布拉格反射镜的紫外曝光方法。
背景技术
目前，体全息布拉格光栅的刻写一般由两步骤完成，第一步是通过两束激光照射并且相互干涉形成干涉条纹，将PTR玻璃放在干涉条纹位置，使得材料的特性发生周期性变化，形成光栅“潜相”；第二步是对紫外光照后的PTR玻璃进行微晶化热处理工艺，从而形成折射率永久调制的体全息布拉格光栅。紫外曝光的过程决定了体全息布拉格光栅的空间频率和布拉格角，从而最终决定了光栅的最终特性。
对于现有的方法，一般是使用马赫一曾德干涉法，即使用双光束干涉并通过调整两束光的夹角来改变干涉条纹的空间频率，通过调整光栅材料的放置的角度来改变布拉格角，这种方法适用性很广，但是缺点很明显装置太多且都需要单独固定和操作过于复杂，而且所要求的干涉周期的确定只靠手动调节，且每个装置受到的环境震动难以同步，导致其很难保证曝光的精准度。
发明内容
本发明的目的是提供一种体全息布拉格反射镜的紫外曝光方法，可以解决上述技术问题中的一个或是多个。
为了达到上述目的，本发明提出的技术方案如下：
一种体全息布拉格反射镜的紫外曝光方法，包括如下步骤：
(1)让一束平行的紫外光垂直入射双棱镜的底面、从双棱镜的两个侧面分波面出射两束平行光，出射的两束平行光在双棱镜前方形成干涉条纹；
(2)让干涉条纹照射在所述PTR玻璃上、对干涉条纹进行记录；在T时间内所述PTR玻璃上形成体全息布拉格光栅。
进一步的：所述双棱镜和PTR玻璃相对静止。
进一步的：所述PTR玻璃为光热折变PTR玻璃。
进一步的：所述T时间为5min——60min。
进一步的：所述双棱镜通过机械加工获得，其底角角度误差在5秒以内。
本发明的技术效果是：
本发明中提出了一种新的体全息布拉格反射镜的紫外曝光方法，这种方法专门针对体全息布拉格反射镜而设计，通过一束平行光入射一个双棱镜，通过双棱镜的分波面实现双光束形成干涉条纹，在干涉条纹处放置一块PTR玻璃进行记录。通过双棱镜分波面实现的双光束干涉，这两束相干光的夹角2β是由棱镜的底角α确定的，所以可以避免环境震动带来的干涉条纹周期的不确定性，实现布拉格反射镜对半导体激光器输出波长的精准控制，而双棱镜可以通过机械加工获得，其角度误差可控制在5秒以内，使得获得的体全息布拉格光栅的周期更加精准。
本方法相对于已有报道的相位板法成本更低，约是相位板法成本的四分之一，效果更好，因为相位板法存在零级衍射，会影响布拉格反射镜的质量，而本方法是没有这个问题的。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1是本发明实施例一示意图。
图2是本发明实施例二示意图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的不当限定。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明通过一个双棱镜进行分布面干涉获得干涉条纹，我们可以通过机械加工双棱镜的底角来实现对干涉条纹周期的精准控制，以实现更加精准而高效的体全息布拉格反射镜的制备。
如图1、图2所示，体全息布拉格反射镜曝光的方法包括以下步骤：
首先，根据需要通过机械加工制造一底角为α的双棱镜。然后将底角为α的双棱镜固定。
接下来使用一束平行的紫外光垂直入射双棱镜的底面，从对应的两个侧面分波面出射两束平行光，这两束平行光将在双棱镜前方的不远处相干，形成干涉条纹区域。
第三步是在干涉条纹处放置一块已完成抛光的PTR玻璃，对干涉条纹进行记录。
其中，干涉条纹周期Λ＝λuv/2sinβ，β是出射光和入射光的夹角，β＝arcsin(npsin α)-α，λ是入射光的波长。
最后，保持双棱镜和PTR玻璃的位置(双棱镜和PTR玻璃相对静止)，让干涉条纹在PTR玻璃内保持5分钟到60分钟，PTR玻璃内形成了强度周期性变化的干涉条纹，此时PTR玻璃的特性发生了周期性变化，体全息布拉格光栅的周期和干涉条纹周期一致，至此曝光结束。
实施例一
实验装置如图1所示，使用制作光栅的记录材料为光热折变PTR玻璃，使用的PTR玻璃样品表面积为7mm X 7mm，厚度2mm。采用了功率为50mW输出的He-Cd激光器作为光栅的紫外曝光光源，输出波长为325nm，光栅材料在该波长下的折射率为1.4817。输出的紫外激光首先进行了扩束(扩束镜倍率1X到10X可调)，在扩束镜的焦平面放置小孔光阑进行空间滤波，光斑的稳定性和均匀性很大程度上决定了体光栅的制备特性。
采用如下步骤进行体全息布拉格光栅的紫外曝光：
(1)将一个侧边角角度为α的双棱镜进行固定。
(2)使用一束波长为325nm的紫外激光扩束后成为平行光，光斑直径为7mm，垂直入射双棱镜的底面，从对应的两个侧面分波面出射两束平行光并于不远处相干。
(3)在干涉条纹处放置一块已完成抛光的PTR玻璃，对干涉条纹进行记录。
(4)干涉条纹周期Λ＝λuv/2sinβ，β是出射光和入射光的夹角，β＝arcsin(np sinα)-α，λ是入射光的波长。
(5)保持双棱镜和PTR玻璃的位置(优选的是相对静止)，使干涉条纹在PTR玻璃内保持5分钟到1小时，PTR玻璃内形成了强度周期性变化的干涉条纹，PTR玻璃的特性发生了周期性变化，体全息布拉格光栅的周期和干涉条纹周期一致，至此曝光结束。
体全息布拉格光栅的周期由双棱镜的底角α决定，体全息布拉格光栅的周期公式为Λ＝λuv/2sinβ，其中β＝arcsin(np sin α)-α，λuv是入射光的波长325nm，np是双棱镜折射率约为1.4817。
例如，该布拉格反射镜设计用来反射976nm的光，根据反射公式λb＝2neffΛ可计算得其布拉格光栅的周期，其中neff＝1.4856，所以可得布拉格光栅的周期Λ≈328.49nm；通过公式Λ＝λuv/2sinβ，可以求得β≈29.649°；在根据公式β＝arcsin(np sin α)-α，其中np＝1.4817，可计算得α≈38.95°。于是我们只需要通过机械加工得到底角为α＝38.95°的双棱镜，就可以精准制备对976nm的红外光进行反射的体全息布拉格反射镜。
采用上述方法进行紫外曝光的体全息布拉格光栅其光栅波矢总是垂直于光栅材料。与分振幅的曝光方法相比，更好的实现了周期的精准控制。
实施例二
实验装置如图2所示，使用制作光栅的记录材料为光热折变PTR玻璃，使用的PTR玻璃样品表面积为7mm X 7mm，厚度2mm。采用了功率为50mW输出的He-Cd激光器作为光栅的紫外曝光光源，输出波长为325nm，光栅材料在该波长下的折射率为1.4817。输出的紫外激光首先进行了扩束(扩束镜倍率1X到10X可调)，在扩束镜的焦平面放置小孔光阑进行空间滤波，光斑的稳定性和均匀性很大程度上决定了体光栅的制备特性。
采用如下步骤进行体全息布拉格光栅的紫外曝光：
(1)将一个侧边角角度为α的双棱镜进行固定。
(2)使用一束波长为325nm的紫外激光扩束后成为平行光，光斑直径为7mm，向上发偏离垂直法线小角度
角入射双棱镜的底面，从对应的两个侧面分波面出射两束平行光并于不远处相干。
(3)在干涉条纹处放置一块已完成抛光的PTR玻璃，对干涉条纹进行记录。
(4)干涉条纹周期Λ＝λuv/2sinβ，β是出射光和入射光的夹角，β＝arcsin(np sinα)-α，λ是入射光的波长。
(5)保持双棱镜和PTR玻璃的位置，使干涉条纹在PTR玻璃内保持5分钟到1小时，PTR玻璃内形成了强度周期性变化的干涉条纹，PTR玻璃的特性发生了周期性变化，体全息布拉格光栅的周期和干涉条纹周期一致，至此曝光结束。
体全息布拉格光栅的周期由双棱镜的底角α决定，体全息布拉格光栅的周期公式为Λ＝λuv/2sinβ，其中β＝arcsin(np sin α)-α，λuv是入射光的波长325nm，np是双棱镜折射率约为1.4817。
体全息布拉格光栅的周期公式为Λ＝λuv/2sinβ，其中β＝arcsin(np sin α)-α，α是双棱镜的底角，所以体全息布拉格光栅的周期可以表示为
体全息布拉格光栅的周期与入射光线的角度没有关系，入射光的抖动只会影响干涉区域的上下偏移，导致清晰度和对比度产生影响，但是入射光的小角度的抖动对于成像结果的清晰度和对比度的影响很小。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种体全息布拉格反射镜的紫外曝光方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)让一束平行的紫外光垂直入射双棱镜的底面、从双棱镜的两个侧面分波面出射两束平行光，出射的两束平行光在双棱镜前方形成干涉条纹；
(2)让干涉条纹照射在所述PTR玻璃上、对干涉条纹进行记录；在T时间内所述PTR玻璃上形成体全息布拉格光栅。
2.根据权利要求1所述的体全息布拉格反射镜的紫外曝光方法，其特征在于：所述PTR玻璃为光热折变PTR玻璃。
3.根据权利要求1所述的体全息布拉格反射镜的紫外曝光方法，其特征在于：所述T时间为5min——60min。
4.根据权利要求1所述的体全息布拉格反射镜的紫外曝光方法，其特征在于：所述双棱镜通过机械加工获得，其底角角度误差在5秒以内。
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