CN114089458A - 一种大尺寸体全息光栅及其制作装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种大尺寸体全息光栅及其制作装置，该制作装置中，电子快门设于激光光源的出光侧和分光单元的入光侧之间，第一声光调制器的入光侧设于分光单元的第一出光侧，第二声光调制器的入光侧设于分光单元的第二出光侧，第一反射单元设于第一声光调制器的出光侧，第二反射单元设于第二声光调制器的出光侧，体全息膜的第一侧设于第一反射单元的出光侧，第一棱镜的第一侧设于第二反射单元的出光侧，体全息膜的第二侧设于第二反射单元的出光侧，体全息膜连接传动单元，控制单元分别连接电子快门、第一声光调制器、第二声光调制器和传动单元。该制作装置简易，无需大口径透镜，制作大尺寸体全息光栅的成本和难度较低，生产效率得到提升。

Description

一种大尺寸体全息光栅及其制作装置

技术领域

本发明实施例涉及光学技术领域，特别涉及一种大尺寸体全息光栅及其制作装置。

背景技术

体全息光栅是一种应用非常广泛且重要的衍射光学元件，因其制作简易和较高的衍射效率，常作为制作增强现实技术产品中的关键器件。

目前，对于大尺寸体全息光栅，主要通过使用大口径的透镜对大尺寸全息材料进行曝光制作得到，然而，由于大口径透镜获取难度较高、且制作光路复杂，导致制作成本高，生产效率低，以致实现难度大。

发明内容

本发明实施例主要提供一种大尺寸体全息光栅的制作装置，该制作装置简易，制作大尺寸体全息光栅的成本和难度较低，可提升大尺寸体全息光栅的生产效率。

第一方面，本发明实施方式采用的一个技术方案是：提供一种大尺寸体全息光栅的制作装置，包括：激光光源、电子快门、分光单元、第一声光调制器（acousto-opticmodulator，AOM）、第二声光调制器、第一反射单元、第二反射单元、第一棱镜、体全息膜、传动单元和控制单元；所述电子快门设于所述激光光源的出光侧和所述分光单元的入光侧之间，所述第一声光调制器的入光侧设于所述分光单元的第一出光侧，所述第二声光调制器的入光侧设于所述分光单元的第二出光侧，所述第一反射单元设于所述第一声光调制器的出光侧，所述第二反射单元设于所述第二声光调制器的出光侧，所述体全息膜的第一侧设于所述第一反射单元的出光侧，所述第一棱镜的第一侧设于所述第二反射单元的出光侧，所述体全息膜的第二侧设于所述第二反射单元的出光侧，所述体全息膜连接所述传动单元，所述控制单元分别连接所述电子快门、所述第一声光调制器、所述第二声光调制器和所述传动单元；其中，所述分光单元用于将所述激光光源的光线分成从所述第一出光侧出射的第一光束和从所述第二出光侧出射的第二光束；所述第一反射单元用于将所述第一光束出射至所述体全息膜的第一侧；所述第二反射单元用于将所述第二光束出射至所述第一棱镜的第一侧；所述第一棱镜用于将所述第二光束通过所述第一棱镜的第二侧出射至所述体全息膜的第二侧；所述体全息膜用于被所述第一光束和所述第二光束干涉曝光，从而形成所述体全息光栅；所述控制单元用于通过所述电子快门控制所述体全息膜的曝光时间，以及用于通过所述第一声光调制器和所述第二声光调制器分别控制所述第一光束与所述第二光束的频率差，还用于通过所述传动单元控制所述体全息膜在所述第一棱镜的第二侧所在平面平移。

在一些实施例中，所述制作装置还包括第二棱镜；所述第二棱镜的第一侧设于所述第一反射单元的出光侧，所述体全息膜的第一侧设于所述第二棱镜的第二侧。

在一些实施例中，所述制作装置还包括至少一片衰减片；所述衰减片设于所述第一反射单元和所述体全息膜之间，和/或，所述衰减片设于所述第二反射单元和所述体全息膜之间。

在一些实施例中，所述制作装置还包括至少一个光阑；所述光阑设于所述第一反射单元和所述体全息膜之间，和/或，所述光阑设于所述第二反射单元和所述体全息膜之间。

在一些实施例中，所述第一反射单元包括第一反射镜；所述第一反射镜设于所述第一声光调制器的出光侧，所述体全息膜的第一侧设于所述第一反射镜的反射方向上。

在一些实施例中，所述第二反射单元包括第二反射镜和第三反射镜；所述第二反射镜设于所述第二声光调制器的出光侧，所述第三反射镜设于所述第二反射镜的反射方向上，所述第一棱镜的第一侧设于所述第三反射镜的反射方向上。

在一些实施例中，所述制作装置还包括第一扩束准直单元和第二扩束准直单元；所述第一扩束准直单元设于所述第一声光调制器和所述第一反射单元之间；所述第二扩束准直单元设于所述第二声光调制器和所述第二反射单元之间。

在一些实施例中，所述激光光源包括合束棱镜和至少一激光器；每一所述激光器分别设于所述合束棱镜的每一输入端，所述电子快门设于所述合束棱镜的输出端。

在一些实施例中，所述激光光源还包括偏振分光棱镜；所述偏振分光棱镜的入光侧设于所述合束棱镜的输出端，所述电子快门设于所述偏振分光棱镜的出光侧。

在一些实施例中，所述第一光束与所述第二光束的频率差Δf满足以下公式：

Δf=Vx/d；

其中，Vx是t时刻所述体全息膜平移时的瞬时速度，d是所述第一光束和所述第二光束在所述体全息膜上形成的干涉条纹的周期。

在一些实施例中，所述体全息膜的第二侧通过折射率匹配液贴合设置于所述第一棱镜的第二侧。

第二方面，本发明实施例还提供一种大尺寸体全息光栅，所述体全息光栅由第一方面任意一项所述的制作装置制作得到。

本发明实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例提供一种大尺寸体全息光栅及其制作装置，该制作装置中，电子快门设于激光光源的出光侧和分光单元的入光侧之间，第一声光调制器的入光侧设于分光单元的第一出光侧，第二声光调制器的入光侧设于分光单元的第二出光侧，第一反射单元设于第一声光调制器的出光侧，第二反射单元设于第二声光调制器的出光侧，体全息膜的第一侧设于第一反射单元的出光侧，第一棱镜的第一侧设于第二反射单元的出光侧，体全息膜的第二侧设于第二反射单元的出光侧，体全息膜连接传动单元，控制单元分别连接电子快门、第一声光调制器、第二声光调制器和传动单元，该制作装置简易，并且通过对控制单元对电子快门、第一声光调制器、第二声光调制器和传动单元的精准控制，使体全息膜在被传动单元带动的过程中，经过第一棱镜两侧的光束曝光使体全息膜记录到光栅信息，实现制作大尺寸体全息光栅。该制作装置简易，无需大口径透镜的参与，采用该制作装置制作大尺寸体全息光栅可降低制作大尺寸体全息光栅的成本和难度，提升大尺寸体全息光栅的生产效率。

附图说明

一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明实施例提供的一种体全息光栅的制作装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种体全息光栅的制作装置在第一视角下的结构示意图；

图3是图2中的部分结构在第二视角下的示意图；

图4是图2中的部分光路示意图；

图5是本发明实施例提供的再一种体全息光栅的制作装置的结构示意图。

附图标记说明：10-激光光源，11-红光激光器，12-蓝光激光器，13-绿光激光器，14-合束棱镜，20-电子快门，30-分光单元，41-第一声光调制器，42-第一反射单元，43-第二棱镜，44-第一光阑，45-第一衰减片，461-第一空间滤波器，462-第一准直透镜，51-第二声光调制器， 52-第二反射单元，521-第二反射镜，522-第三反射镜，53-第一棱镜，54-第二光阑，55-第二衰减片，561-第二空间滤波器，562-第二准直透镜，60-体全息膜，70-传动单元，80-偏振分光棱镜，L1-第一光束，L2-第二光束。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施例，对本申请进行更详细的说明。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分。此外，本文所采用的“第一”、“第二”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。

第一方面，本发明实施例提供一种大尺寸体全息光栅的制作装置，请参阅图1，该制作装置包括：激光光源10、电子快门20、分光单元30、第一声光调制器41、第二声光调制器51、第一反射单元42、第二反射单元52、第一棱镜53、体全息膜60、传动单元70和控制单元。

电子快门20设于激光光源10的出光侧和分光单元30的入光侧之间，第一声光调制器41的入光侧设于分光单元30的第一出光侧，第二声光调制器51的入光侧设于分光单元30的第二出光侧，第一反射单元42设于第一声光调制器41的出光侧，第二反射单元52设于第二声光调制器51的出光侧，体全息膜60的第一侧设于第一反射单元42的出光侧，第一棱镜53的第一侧设于第二反射单元52的出光侧，体全息膜60的第二侧设于第二反射单元52的出光侧，体全息膜60连接（例如接触连接或非接触连接）传动单元，控制单元分别连接（例如电连接或通信连接）电子快门20、第一声光调制器41、第二声光调制器51和传动单元70。

其中，分光单元30用于将激光光源10的光线分成从分光单元30的第一出光侧出射的第一光束L1、以及从分光单元30的第二出光侧出射的第二光束L2；第一反射单元42用于将第一光束L1出射至体全息膜60的第一侧；第二反射单元52用于将第二光束L2出射至第一棱镜53的第一侧；第一棱镜53用于将第二光束L2通过第一棱镜53的第二侧出射至体全息膜60的第二侧；体全息膜60用于被第一光束L1和第二光束L2干涉曝光，从而形成体全息光栅。

控制单元用于通过电子快门20控制体全息膜60的曝光时间，以及用于通过第一声光调制器41和第二声光调制器51控制第一光束L1和第二光束L2的频率差，还用于通过传动单元70控制体全息膜60在所述第一棱镜53的第二侧所在平面平移。也即，控制单元用于控制电子快门20工作、以使电子快门20控制体全息膜60的曝光时间，以及用于控制第一声光调制器41和第二声光调制器51工作、以使第一声光调制器41和第二声光调制器51分别调节第一光束L1的频率与第二光束L2的频率、从而使第一光束L1和第二光束L2的频率差达到预设频率差，还用于控制传动单元70工作、以使传动单元70带动体全息膜60在所述第一棱镜53的第二侧所在平面进行平移运动。进一步的，控制单元通过传动单元70控制体全息膜60在第一棱镜53的第二侧所在平面内配合电子快门20、第一声光调制器41和第二声光调制器51的频率等控制，以一定的速度平移。另外，体全息膜60在平移运动的过程中，通常需保证体全息膜60与第一棱镜53的第二侧之间填充满折射率匹配液。

具体的，体全息膜60包括聚酯（Polyester，PET）膜和涂敷在PET膜上的体全息材料，其中，体全息材料可以是银盐、光致聚合物、重铬酸盐明胶、光折变材料、光致各向异性材料，或者是其他一切可用于曝光后记录干涉条纹的光敏材料，示例性的，银盐可为卤化银乳胶，曝光后再通过显影和漂白之后获得体全息光栅。

在该制作装置中，在某一曝光时刻下，控制单元控制电子快门20打开，首先，激光光源10的光线通过电子快门20后，被分光单元30分成从第一出光侧出射的第一光束L1、和从第二出光侧出射的第二光束L2。接着，第一光束L1经过第一声光调制器41、第一反射单元42后出射至体全息膜60的第一侧，第二光束L2经过第二声光调制器51、第二反射单元52、第一棱镜53后出射至体全息膜60的第二侧；此时，第一声光调制器41和第二声光调制器51分别对第一光束L1、第二光束L2调制成具有特定频率大小的光波，使第一光束L1和第二光束L2之间形成特定的频率差。最后，第一光束L1和第二光束L2在进行平移运动的体全息膜60上进行干涉对体全息膜60进行曝光，从而使体全息膜60转变形成体全息光栅。

在该制作装置中，若第一光束L1的平面波（即波矢）为B₁，第二光束L2的平面波（即波矢）为B₂，其中B₁的光频率记为f，B₂的光频率记为f+Δf，且有|Δf|远小于|f|，其振幅分别为A₁，A₂，将空间中某点的位置矢量记为r(x,y,z)。在t时刻，在点r(x,y,z)处，平面波B₁和B₂的电场矢量复振幅分别为U₁(x,y,z;t)和U₂(x,y,z;t)。因此，t时刻B₁和B₂在点r(x,y,z)合成的复振幅为U(x,y,z;t)=U₁(x,y,z;t)+U₂(x,y,z;t)，对应的光强度为I(x,y,z;t)=U(x,y,z;t)+U^*(x,y,z;t)，其中U^*(x,y,z;t)是U(x,y,z;t)的复共轭。

那么要使得曝光干涉在体全息膜移动时前后保持不变，在其中一些实施例中，对于任意的δt→0，则B₁和B₂的频率差应满足以下关系式：

;

其中，

是t时刻体全息膜进行平移运动的瞬时位移对瞬时用时的微分，d是第一光束和第二光束在体全息膜曝光形成的干涉条纹的周期，Vx是t时刻体全息膜进行平移运动的瞬时速度，因此，为了使曝光干涉条纹在体全息膜移动的过程中保持不变，需要令Δf始终与Vx匹配。

那么，在该制作装置中，第一光束L1与所述第二光束L2的频率差Δf由第一声光调制器41和第二声光调制器51分别对第一光束L1和第二光束L2控制而形成；通过第一声光调制器41和第二声光调制器51来调制第一光束L1和第二光束L2之间的频率差，然后控制传动单元带动体全息膜60进行平移运动，可实现条纹锁定，保证干涉条纹在扫描过程中不被抹平，从而保证体全息膜60的同一位置不被重复曝光。

并且，该制作装置通过采用体全息膜进行曝光，相比于采用全息干板，由于体全息膜具有更强的柔韧性和极为轻薄的厚度，使得在制作大尺寸体全息光栅光波导中更加简单灵活。另外，该制作装置简易，且无需使用一次性曝光大尺寸体全息光栅理论所需的大口径透镜，降低了制作大尺寸体全息光栅的成本和难度，提升了生产效率，在工业生产上具有更高的可实现性和生产效率。

在其中一些实施例中，体全息膜60的第二侧与第一棱镜53的第二侧通过折射率匹配液贴合设置。进一步的，所述体全息膜被所述传动单元带动平移的过程中，始终保持与所述第一棱镜的第二侧通过所述折射率匹配液贴合；也即，在体全息膜60的移动过程中，应保证折射率匹配液持续不断地填满在第一棱镜53的第二侧与体全息膜60的第二侧之间的空隙。通过这样的方式，可以使第一光束L1和第二光束L2在体全息膜60上进行干涉时不受空气层的干扰，并且可以保证体全息膜60在第一棱镜53的第二侧所在平面进行平移。具体填充技术可参照现有技术中的填充技术，在此不做限定，例如，可在未通过第一棱镜53的体全息膜60的第二侧设置一个涂辊，该涂辊用于对体全息膜60的第二侧涂布折射率匹配液，以保证体全息膜60通过第一棱镜53时，体全息膜60的第二侧可通过折射率匹配液贴合设置在第一棱镜53的第二侧。

在其中一些实施例中，传动单元70可为转动传动单元或磁力传动单元等。示例性的，转动传动单元可包括转动辊和电机，体全息膜60设置于转动辊，电机分别电连接转动辊和控制单元，应注意的是，体全息膜60与转动辊设置的位置应处于体全息膜60未与第一棱镜53的第二侧贴合设置的位置。这样，控制单元通过控制电机，电机可带动转动辊运动，从而带动体全息膜60在第一棱镜53的第二侧所在平面进行平移运动。具体的，可带动体全息膜60在第一棱镜53的第二侧所在平面进行匀速的平移运动。实际应用中，转动辊的数量可根据实际需要进行设置，电机也可以采用其他一切合适的动力单元，在此不需拘泥于本实施例中的限定。

在其中一些实施例中，请参阅图2，该制作装置还包括第二棱镜43。第二棱镜43的第一侧设于第一反射单元42的出光侧，体全息膜60的第一侧设于第二棱镜43的第二侧。通过设置第二棱镜43，可在体全息膜60上制作不同样式的干涉条纹。

具体的，在其中一些实施例中，请参阅图3，第一棱镜53和第二棱镜43均为直角三角棱镜，体全息膜60的第二侧与第一棱镜53的第二侧通过折射率匹配液贴合设置，体全息膜60的第一侧与第二棱镜43的第二侧通过折射率匹配液贴合设置，通过设置反射单元的位置，最终在体全息膜60处的曝光角度的正视图如图4中的（a）所示，在体全息膜60处的曝光角度的左视图如图4中的（b）所示，这样，通过各棱镜和反射单元的配合设置，可以改变第一光束L1入射至体全息膜60的入射角度、以及改变第二光束L2入射至体全息膜60的入射角度，从而在体全息膜60上制得不同样式的干涉条纹，最终曝光后可得到不同样式的体全息光栅。

在其中一些实施例中，请继续参阅图1，分光单元30包括分光镜。该分光镜的入光侧设于激光光源10的出光侧，第一声光调制器41的入光侧设于分光镜的透射侧，第二声光调制器51的入光侧设于分光镜的反射侧。该分光镜用于将激光光源10的光线分成具有一定光强比的透射光与反射光。具体的，分光镜是一种镀膜玻璃，通过在光学玻璃表面镀上一层或多层薄膜，当一束光投射到镀膜玻璃上后，通过反射和透射，光束可被分为多束光。实际应用中，可以选用固定分束比分光镜和可变分束比分光镜，在此不做限定。

在其中一些实施例中，请参阅图1，第一反射单元42包括第一反射镜，其中，第一反射镜设于第一声光调制器41的出光侧，体全息膜60的第一侧设于第一反射镜的反射方向上。第一反射镜用于将第一光束L1反射至体全息膜60的第一侧。实际应用中，第一反射单元42包括的反射镜数量可根据实际需要进行设置，在此不需拘泥于本实施例中的限定。

在其中一些实施例中，第二反射单元52包括第二反射镜521和第三反射镜522。其中，第二反射镜521设于第二声光调制器51的出光侧，第三反射镜522设于第二反射镜521的反射方向上，第一棱镜53的第一侧设于第三反射镜522的反射方向上。第二反射镜521用于将第二光束L2反射至第三反射镜522，第三反射镜522用于将第二光束L2反射至第一棱镜53。实际应用中，第二反射单元52包括的反射镜数量及具体位置可根据实际需要进行设置，在此不需拘泥于本实施例中的限定。

在其中一些实施例中，该制作装置还包括至少一片衰减片。衰减片设于第一反射单元42和体全息膜60之间，和/或，衰减片设于第二反射单元52和体全息膜60之间。具体的，请参阅图1，该制作装置包括第一衰减片45和第二衰减片55，第一衰减片45设于第一反射镜和第二棱镜43的第一侧之间，第二衰减片55设于第三反射镜522和第一棱镜53的第一侧之间。通过设置第一衰减片45和第二衰减片55对光线的衰减比例，可以改变第一光束L1和第二光束L2的光线透过率，通过更换不同透射率的衰减片，可通过控制曝光量，从而控制所制作的体全息光栅的衍射效率

在其中一些实施例中，该制作装置还包括至少一个光阑；光阑设于第一反射单元42和体全息膜60之间，和/或，光阑设于第二反射单元52和体全息膜60之间。具体的，请参阅图1，该制作装置包括第一光阑44和第二光阑54，第一光阑44设于第一反射镜和第一衰减片45之间，第二光阑54设于第三反射镜522和第二衰减片55之间。通过设置第一光阑44和第二光阑54的大小，可对第一光束L1和第二光束L2进行整形。

在其中一些实施例中，该制作装置还包括第一扩束准直单元；第一扩束准直单元设于第一声光调制器41和第一反射单元42之间。通过设置第一扩束准直单元可对第一光束L1进行扩束准直。

具体的，在其中一些实施例中，请参阅图1，第一扩束准直单元包括第一空间滤波器461和第一准直透镜462，第一空间滤波器461的入光侧设于第一声光调制器41的出光侧，第一准直透镜462设于第一空间滤波器461的出光侧和第一反射单元42之间；这样，通过第一空间滤波器461对第一光束L1进行发散后，再用第一准直透镜462对发散后的第一光束L1进行准直保证发散后的光束的准直性，从而可得到大直径的、平行的第一光束L1。

在其中一些实施例中，该制作装置还包括第二扩束准直单元，第二扩束准直单元设于第二声光调制器51和第二反射单元52之间。通过设置第二扩束准直单元可对第二光束L2进行扩束准直。

具体的，在其中一些实施例中，请参阅图1，第二扩束准直单元包括第二空间滤波器561和第二准直透镜562；第二空间滤波器561的入光侧设于第二声光调制器51的出光侧，第二准直透镜562设于第二空间滤波器561的出光侧和第二反射单元52之间。同样的，通过第二空间滤波器561对第二光束L2进行发散后，再用第二准直透镜562对发散后的第二光束L2进行准直保证发散后的光束的准直性，从而得到大直径的、平行的第二光束L2。

在其中一些实施例中，激光光源10可包括合束棱镜14以及至少一个激光器；每一激光器分别设于合束棱镜14的每一输入端，电子快门20设于合束棱镜14的输出端。

在其中一些实施例中，请参阅图5，激光光源10可包括红光激光器11、蓝光激光器12、绿光激光器13及合束棱镜14，红光激光器11设于合束棱镜14的第一输入端，蓝光激光器12设于合束棱镜14的第二输入端，绿光激光器13设于合束棱镜14的第三输入端，电子快门20设于合束棱镜14的输出端，这样，合束棱镜14可将红光激光器11发射的红光、绿光激光器13发射的绿光以及蓝光激光器12发射的蓝光合为一束激光输出至电子快门。实际应用中，各激光器的排布和合束棱镜14的结构可根据实际需要进行设置，在此不需拘泥于本实施例中的限定。

这样，在该制作装置中，当采用红光、绿光和蓝光的光线合束后同时曝光，在体全息膜60上分别具有对应红光曝光得到的全息干涉条纹、对应绿光曝光得到的全息干涉条纹、以及对应蓝光曝光得到的全息干涉条纹，即在制得的体全息光栅上，分别形成三种对应红光、绿光和蓝光的折射率调制结构，从而得到波长复用的体全息光栅，能对红光、绿光和蓝光这三种波长的光线实现波长复用。例如，当入射光为RGB激光光源时，即当入射光同时包括红光、绿光和蓝光时，该波长复用的体全息光栅能同时将红光、绿光和蓝光发生衍射，实现全彩显示。另外，在曝光过程中，可以通过调节红光、绿光和蓝光的激光能量比例，使全息光波导上的各区域的体全息光栅对红光、绿光和蓝光这三色光束的衍射效率大致相同，从而抑制彩虹效应。

实际应用中，可以根据实际需要选定光线进行合束曝光，可以理解的是，采用N个不同波长的光线合束后对一块体全息膜同时曝光，那么在体全息膜60上分别会形成N种对应N个不同波长的全息干涉条纹，即在制得的体全息光栅中，分别具有N种对应N个不同波长的折射率调制结构，从而得到波长复用的体全息光栅，其中，N为大于或等于2的整数。

具体的，在其中一些实施例中，合束棱镜14可为X棱镜，由四个直角棱镜胶合而成，X棱镜的对角面上分别有相互正交的第一分色膜和第二分色膜，其中，第一分色膜是反射红光、透射绿光和蓝光的分色膜，第二分色膜是反射蓝光、透射红光和绿光的分色膜。合束棱镜14也可以为其他合适的光谱合束棱镜件，在此不做限定。

在其中一些实施例中，请继续参阅图5，制作装置还可包括偏振分光棱镜80。其中，偏振分光棱镜80的入光侧设于合束棱镜14的输出端，电子快门20设于偏振分光棱镜80的出光侧。该偏振分光棱镜80用于将激光光源10发射的光线以第一偏振态（例如S偏振态）的形式出射。具体的，该偏振分光棱镜80的入光侧和出光侧相邻设置，当激光光源10的光线经过偏振分光棱镜80的入光侧入射后，S偏振态的光线将经过偏振分光棱镜80的出光侧出射，而P偏振态的光线将经过偏振分光棱镜80透射。后续用于曝光的光线只有S偏振态的光线，这样能够过滤光线。

下面结合图5所示的实施例详细阐述本发明提供的体全息光栅的制作装置的具体制作过程。

首先，红光激光器11发射的红光、绿光激光器13发射的绿光以及蓝光激光器12发射的蓝光通过合束棱镜14后，合为一束激光光线输出至偏振分光棱镜80，然后，偏振分光棱镜80过滤掉光线中的P偏振态的光分量后，输出S偏振态的光分量至电子快门20。

接着，在某一曝光时刻，电子快门20打开，光线将输出至分光镜，然后经分光镜分为第一光束L1和第二光束L2。其中，第一光束L1先经第一声光调制器41调制频率，再经第一空间滤波器461和第一准直透镜462扩束准直，最后经第一反射镜反射至第一光阑44，并通过第一衰减片45衰减后照射在体全息膜60的第一侧；同时，第二光束L2先经第二声光调制器51调制频率，再经第二空间滤波器561和第二准直透镜562扩束准直后，最后经第二反射镜521、第三反射镜522反射至第二光阑54，并通过第二衰减片55衰减后，通过第一棱镜53照射在体全息膜60的第二侧。

最后，在进行匀速平移运动的体全息膜60中，与第一棱镜53的第二侧贴合设置的区域被第一光束L1和第二光束L2形成的全息干涉条纹曝光，从而使该部分的体全息膜转变形成体全息光栅。

在该制作装置中，通过第一声光调制器41和第二声光调制器51，使第一光束L1和第二光束L2形成特定的频率差，同时控制传动单元70带动体全息膜60匀速移动，并控制电子快门20打开，使体全息膜60记录第一光束L1和第二光束L2形成的干涉条纹。这样，通过控制电子快门20、第一声光调制器41、第二声光调制器51和传动单元70，实现条纹锁定，可对匀速移动的体全息膜60进行持续照射曝光，对体全息膜60进行动态扫描曝光，从而得到大尺寸体全息光栅。并且，该制作装置通过采用体全息膜进行曝光，相比于采用全息干板，由于体全息膜具有更强的柔韧性和极为轻薄的厚度，使得在制作大尺寸体全息光栅光波导中更加简单灵活。另外，该制作装置简易，且无需使用一次性曝光大尺寸光栅理论所需的大口径透镜，降低了制作大尺寸体全息光栅的成本和难度，提升大尺寸体全息光栅的生产效率，在工业生产上具有更高的可实现性和生产效率。

第二方面，本发明实施例还提供一种大尺寸体全息光栅，该体全息光栅由上述第一方面任意一项实施例所述的制作装置制作得到。通过上述制作装置制作大尺寸体全息光栅，可有效降低制作难度和制作成本，提高了制作大尺寸体全息光栅的生产效率。

本发明实施例提供一种大尺寸体全息光栅及其制作装置，该制作装置中，电子快门设于激光光源的出光侧和分光单元的入光侧之间，第一声光调制器的入光侧设于分光单元的第一出光侧，第二声光调制器的入光侧设于分光单元的第二出光侧，第一反射单元设于第一声光调制器的出光侧，第二反射单元设于第二声光调制器的出光侧，体全息膜的第一侧设于第一反射单元的出光侧，第一棱镜的第一侧设于第二反射单元的出光侧，体全息膜的第二侧设于第二反射单元的出光侧，体全息膜连接传动单元，控制单元分别连接电子快门、第一声光调制器、第二声光调制器和传动单元，该制作装置简易，并且通过采用体全息膜进行曝光制作大尺寸体全息光栅，可以降低制作大尺寸体全息光栅的成本和难度，提升大尺寸体全息光栅的生产效率。

需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种大尺寸体全息光栅的制作装置，其特征在于，包括：激光光源、电子快门、分光单元、第一声光调制器、第二声光调制器、第一反射单元、第二反射单元、第一棱镜、体全息膜、传动单元和控制单元；

所述电子快门设于所述激光光源的出光侧和所述分光单元的入光侧之间，所述第一声光调制器的入光侧设于所述分光单元的第一出光侧，所述第二声光调制器的入光侧设于所述分光单元的第二出光侧，所述第一反射单元设于所述第一声光调制器的出光侧，所述第二反射单元设于所述第二声光调制器的出光侧，所述体全息膜的第一侧设于所述第一反射单元的出光侧，所述第一棱镜的第一侧设于所述第二反射单元的出光侧，所述体全息膜的第二侧设于所述第二反射单元的出光侧，所述体全息膜连接所述传动单元，所述控制单元分别连接所述电子快门、所述第一声光调制器、所述第二声光调制器和所述传动单元；

其中，所述分光单元用于将所述激光光源的光线分成从所述第一出光侧出射的第一光束和从所述第二出光侧出射的第二光束；所述第一反射单元用于将所述第一光束出射至所述体全息膜的第一侧；所述第二反射单元用于将所述第二光束出射至所述第一棱镜的第一侧；所述第一棱镜用于将所述第二光束通过所述第一棱镜的第二侧出射至所述体全息膜的第二侧；所述体全息膜用于被所述第一光束和所述第二光束干涉曝光，从而形成所述体全息光栅；所述控制单元用于通过所述电子快门控制所述体全息膜的曝光时间，以及用于通过所述第一声光调制器和所述第二声光调制器控制所述第一光束与所述第二光束的频率差，还用于通过所述传动单元控制所述体全息膜在所述第一棱镜的第二侧所在平面平移。

2.根据权利要求1所述的制作装置，其特征在于，所述制作装置还包括第二棱镜；

所述第二棱镜的第一侧设于所述第一反射单元的出光侧，所述体全息膜的第一侧设于所述第二棱镜的第二侧。

3.根据权利要求1或2所述的制作装置，其特征在于，所述制作装置还包括至少一片衰减片；

所述衰减片设于所述第一反射单元和所述体全息膜之间，和/或，所述衰减片设于所述第二反射单元和所述体全息膜之间。

4.根据权利要求1或2所述的制作装置，其特征在于，所述制作装置还包括至少一个光阑；

所述光阑设于所述第一反射单元和所述体全息膜之间，和/或，所述光阑设于所述第二反射单元和所述体全息膜之间。

5.根据权利要求1所述的制作装置，其特征在于，所述第一反射单元包括第一反射镜；

所述第一反射镜设于所述第一声光调制器的出光侧，所述体全息膜的第一侧设于所述第一反射镜的反射方向上。

6.根据权利要求1所述的制作装置，其特征在于，所述第二反射单元包括第二反射镜和第三反射镜；

所述第二反射镜设于所述第二声光调制器的出光侧，所述第三反射镜设于所述第二反射镜的反射方向上，所述第一棱镜的第一侧设于所述第三反射镜的反射方向上。

7.根据权利要求1所述的制作装置，其特征在于，所述制作装置还包括第一扩束准直单元和第二扩束准直单元；

所述第一扩束准直单元设于所述第一声光调制器和所述第一反射单元之间；所述第二扩束准直单元设于所述第二声光调制器和所述第二反射单元之间。

8.根据权利要求5-7任意一项所述的制作装置，其特征在于，所述激光光源包括合束棱镜和至少一个激光器；

每一所述激光器分别设于所述合束棱镜的每一输入端，所述电子快门设于所述合束棱镜的输出端。

9.根据权利要求8所述的制作装置，其特征在于，所述激光光源还包括偏振分光棱镜；

所述偏振分光棱镜的入光侧设于所述合束棱镜的输出端，所述电子快门设于所述偏振分光棱镜的出光侧。

10.根据权利要求1所述的制作装置，其特征在于，所述第一光束与所述第二光束的频率差Δf满足以下公式：

Δf=Vx/d；

其中，Vx是t时刻所述体全息膜平移时的瞬时速度，d是所述第一光束和所述第二光束在所述体全息膜上形成的干涉条纹的周期。

11.根据权利要求1所述的制作装置，其特征在于，所述体全息膜的第二侧通过折射率匹配液贴合设置于所述第一棱镜的第二侧。

12.一种大尺寸体全息光栅，其特征在于，所述体全息光栅由权利要求1-11任意一项所述的制作装置制作得到。

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