CN116430495A - 一种体全息光波导光栅的曝光方法及曝光光路、曝光系统 - Google Patents
一种体全息光波导光栅的曝光方法及曝光光路、曝光系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种体全息光波导光栅的曝光方法及曝光光路、曝光系统，采用体全息光波导光栅的曝光系统进行曝光，曝光方法对液晶盒上的至少两个间隔的待曝光区域进行曝光，曝光方法包括：获取液晶盒上待曝光区域的位置信息以以及光栅方向信息；基于位置信息以及光栅方向信息，调整液晶盒与遮光板的相对位置，以使待曝光区域位于遮光板的通光孔内，且使得液晶盒的参考方向与曝光模板上的光栅方向满足预设角度关系；根据液晶盒内的材料特性以及待曝光区域内的光栅参数信息，控制曝光光束的曝光参数，对待曝光区域进行曝光，在待曝光区域内形成光栅。仅使用一条光路对多个光栅区域进行曝光，曝光光路具有搭建方便，校准精确，曝光快速的特点。
Description
技术领域
本发明实施例涉及体全息光波导光栅曝光技术领域，尤其涉及一种体全息光波导光栅的曝光方法及曝光光路、曝光系统。
背景技术
随着(Augmented Reality，AR)行业的发展，AR镜片产品的需求迅速提升，其中对衍射光波导镜片的需求更为明显，提升衍射光波导镜片的产能是众多企业必要的研发点之一。而当前衍射光波导镜片有两种主流的生产方式，其一是以纳米压印工艺为核心制作的浮雕光栅镜片，其二是以全息曝光为核心的体全息光栅镜片。
而目前全息曝光面临的问题是曝光光路的搭建十分复杂，具体曝光思路是：使用多个激光器或是对单个激光器进行分束，进而搭建多条独立光路。对于常见的一维扩瞳波导镜片，三个区域的曝光实现各需要两条光路产生的平行光进行双光束干涉，所以其曝光需要六条光路。又因三个光栅区域的周期不同和光栅的相对角度，每条光路都有其各自的角度参数。在调试新的光栅周期时，需要对光路进行许多修改，众多光学元件累计的误差也会影响镜片的良率。
发明内容
本发明提供了一种体全息光波导光栅的曝光方法及曝光光路、曝光系统，所用光学元件减少，具有成本低的优势，仅使用一条光路对多个光栅区域进行曝光，曝光光路具有搭建方便，校准精确，曝光快速的特点，可有效提高二维扩瞳波导镜片的生产效率。
第一方面，本发明提供了一种体全息光波导光栅的曝光方法，采用体全息光波导光栅的曝光系统进行曝光，其特征在于，对液晶盒上的至少两个间隔的待曝光区域进行曝光，所述曝光方法包括：
获取所述液晶盒上第一待曝光区域的第一位置信息以及第一光栅方向信息；
基于所述第一位置信息以及所述第一光栅方向信息，调整所述液晶盒与第一遮光板的相对位置，以使所述第一待曝光区域位于所述第一遮光板的第一通光孔内，且使得所述液晶盒的第一参考方向与所述曝光模板上的光栅方向满足第一预设角度关系；
根据所述液晶盒内的材料特性以及所述第一待曝光区域内的光栅参数信息，控制曝光光束的曝光参数，对所述第一待曝光区域进行曝光，在所述第一待曝光区域内形成第一光栅；
获取所述液晶盒上第二待曝光区域的第二位置信息以及第二光栅方向信息；
基于所述第二位置信息及所述第二光栅方向信息，调整所述液晶盒与第二遮光板的相对位置，以使所述第二待曝光区域位于所述第二遮光板的第二通光孔内，且使得所述液晶盒的第一参考方向与所述曝光模板上的光栅方向满足第二预设角度关系；
根据所述液晶盒内的材料特性以及所述第二待曝光区域内的光栅参数信息，控制曝光光束的曝光参数，对所述第二待曝光区域进行曝光，在所述第二待曝光区域内形成第二光栅；
其中，所述第一参考方向位于所述液晶盒所在平面内。
可选的，所述曝光方法还包括；
调整曝光光束入射至所述曝光模板上的曝光角度，在各个所述待曝光区域形成不同光栅结构的光栅；其中，所述曝光角度指的是曝光光束的传播方向与所述曝光模板法线的夹角。
可选的，所述曝光方法还包括；
调整曝光光束入射至所述曝光模板上的曝光时间，在各个所述待曝光区域获得占空比可调的光栅。
可选的，所述曝光方法还包括；
调整曝光光束入射至所述曝光模板上的能量分布，在各个所述待曝光区域获得光栅参数渐变的光栅。
可选的，所述待曝光区域包括多个子待曝光区域；所述曝光方法还包括：
在同一所述待曝光区域内，依次对各个所述子待曝光区域进行曝光，分别在各个所述子待曝光区域获得子光栅；其中，至少两个所述子光栅的光栅结构和/或光栅方向不同。
可选的，所述体全息光波导光栅包括第一光栅区域和第二光栅区域，所述第二光栅区域为二维光栅；所述曝光方法还包括；
根据所述二维光栅的第一耦出光栅方向信息，对所述第二光栅区域先沿一个方向曝光一次，获得所述二维光栅的第一耦出光栅；
再根据所述二维光栅的第二耦出光栅方向信息，转动所述液晶盒，调整所述液晶盒的方向后再对所述第二光栅区域曝光一次，获得所述二维光栅的第二耦出光栅。
可选的，所述二维光栅曝光过程中，采用同一块遮光板。(使用的是同一个挡板)
第二方面，本发明还提供了一种体全息光波导光栅的曝光光路，所述曝光光路包括光源、扩束器、反射镜；所述光源用于出射曝光光束，所述扩束器和所述反射镜依次位于曝光光束的光轴上的。
可选的，所述曝光光路还包括光功率密度调节元件，所述光功率密度调节元件位于所述扩束器和所述反射镜之间的曝光光束的光轴上。
第三方面，本发明还提供了一种体全息光波导光栅的曝光系统，所述曝光系统包括第二方面提供的曝光光路以及依次设置的具有通光孔的遮光板、曝光模板、含有待曝光材料的液晶盒。
综上，本发明提供的体全息光波导光栅的曝光方法，采用体全息光波导光栅的曝光光路，通过精简光路的数量，减少需要频繁调节的元件，降低成本；用特定含有光栅的曝光模板替代双光路干涉，减少光路的复杂程度，提高了全息光栅的周期准确性，通过调节曝光光路的曝光角度，调节体全息光栅结构形貌获得任意角度的倾斜光栅或者直光栅，可有效降低机械误差，有效提高曝光良率。
附图说明
图1是本发明提供的一种体全息光波导光栅的曝光光路的示意图；
图2是本发明提供的另一种体全息光波导光栅的曝光光路的示意图；
图3是本发明提供的一种扩束器的示意图；
图4是本发明提供的另一种体全息光波导光栅的曝光光路的示意图；
图5是本发明提供的另一种体全息光波导光栅的曝光光路的示意图；
图6是本发明提供的一种体全息光波导光栅的曝光方法的流程示意图；
图7是本发明提供的一种体全息光波导光栅的结构示意图；
图8是本发明提供的另一种体全息光波导光栅的结构示意图；
图9是本发明提供的一种曝光模板的示意图；
图10是本发明提供的曝光过程中遮光板和液晶盒的相对位置示意图；
图11是本发明提供的另一种体全息光波导光栅的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明鉴于现有技术中所存在的上述问题中的一个或多个而提出的一种体全息光波导光栅的曝光方法，基于本发明提供的体全息光波导光栅的曝光光路获得。
图1是本发明提供的一种体全息光波导光栅的曝光光路的示意图；图2是本发明提供的另一种体全息光波导光栅的曝光光路的示意图；图3是本发明提供的一种扩束器的示意图。
结合图1-图3所示，本发明提供的一种体全息光波导光栅的曝光光路包括光源1、扩束器2、反射镜3；光源1用于出射曝光光束，扩束器2和反射镜3依次位于曝光光束的光轴上的。
具体的，结合图1和图2所示，在曝光之前，需要搭建曝光光路，在光学平台上放置激光器，例如，可以使用带有两个角度自由度调节的光路爬高架对光束进行调整，使其与光学平台台面平行，即与水平方向(图1和图2中X轴方向)平行，采用连续激光器作为曝光光源1，用于出射曝光光束S1，如采用波长范围为1525nm～1565nm的连续激光器，或者其他波段的激光，这里不做具体限制。光源1出射曝光光束S1，在曝光光束S1的光轴上设置扩束器2，对曝光光束S1进行扩束和准直。
结合图3所示，扩束器2包括扩束镜21、凸透镜22、椭球面镜(凸透镜)23，依次对光路所需的光学元件进行调整，使其光轴与曝光光束S1重合，对曝光光束S1进行扩束和准直，再将调整好的光学元件按照排列的顺序放入光路中。
扩束镜21可以将平行光束直径由2mm扩大至25mm，扩束后的光束仍为平行光；凸透镜22可以将25mm平行光束汇聚到透镜的焦点，透镜的焦点与离轴抛物面反射镜焦点重合；椭球面镜(凸透镜)23可以将汇聚到焦点的光束直径二次扩大至100mm，扩束后的光束仍为平行光。
在扩束器2后的准直光路上设置平面反射镜3，可以将平行光从水平方向转至斜向上传播，使光束打到晶圆加工平台5的凹槽D内，对位于晶圆加工平台5上的液晶盒7进行曝光形成光栅。进一步，通过调整反射镜3的反射角度，可以改变曝光光束S1入射至曝光模板上的曝光角度，即曝光光束的传播方向与曝光模板法线的夹角α，可以实现不同光栅参数的曝光，进而于液晶盒7上获得不同结构的光栅，例如，图1所示的倾斜光栅，或图2所示的直光栅。
图4是本发明提供的另一种体全息光波导光栅的曝光光路的示意图；图5是本发明提供的另一种体全息光波导光栅的曝光光路的示意图。
结合图4和图5所示，曝光光路还包括光功率密度调节元件4，光功率密度调节元件4位于扩束器2和反射镜3之间的曝光光束S1的光轴上。
具体的，选用光功率密度调节元件4对曝光光束S1的功率密度进行调节，如将曝光光束S1调成功率密度均匀的平顶光束，功率密度中间高边缘低的高斯光束，或者功率密度渐变的特殊光束等，从而可在液晶盒7的待曝光区域内获得占空比渐变或者折射率差渐变的光栅结构。
图6是本发明提供的一种体全息光波导光栅的曝光方法的流程示意图；图7是本发明提供的一种体全息光波导光栅的结构示意图；图8是本发明提供的另一种体全息光波导光栅的结构示意图；图9本发明提供的一种曝光模板的示意图；图10本发明提供的曝光过程中遮光板和液晶盒的相对位置示意图。
基于同一个发明构思，本发明实施例提供的体全息光波导光栅的曝光方法，采用上述实施例提供的体全息光波导光栅的曝光光路，可以采用一块曝光模板，一条曝光光路对液晶盒的不同区域进行曝光，形成不同光栅参数的光栅结构。
一种可行的实施方式，结合图7所示，采用本发明实施例提供的体全息光波导光栅的曝光方法，获得的体全息光波导光栅包括液晶盒7以及位于液晶盒7内的耦入光栅区域G1和耦出光栅区域G3；结合图8所示，获得的体全息光波导光栅包括液晶盒7以及位于液晶盒7内的耦入光栅区域G1、转折光栅区域G2和耦出光栅区域G3。其中，耦入光栅区域G1中的光栅方向、转折光栅区域G2中的光栅方向和耦出光栅区域G3的光栅方向均不同。
结合图1、图2、图4和图5所示，在曝光耦入光栅区域G1和耦出光栅区域G3的光栅之前，搭建承载晶圆加工平台5，晶圆加工平台5内设置凹槽D，凹槽D为中心曝光区，凹槽D同时用于放置和支撑曝光模板6、液晶盒7和遮光板8。
晶圆加工平台5还包括其他器件，如位于晶圆加工平台5上方的三个位移台、旋转位移台和真空吸附装置(图中未示出)，真空吸附装置设置吸盘，吸盘用于吸附液晶盒7，三个位移平台可以对吸盘进行相互垂直的三个位移自由度的调节，旋转位移台可带动吸盘旋转，从而实液晶盒7相对曝光模板6进行旋转、移动之类的操作。
结合图1-图10所示，本发明实施例提供了一种体全息光波导光栅的曝光方法包括：
S101、获取液晶盒上第一待曝光区域的第一位置信息以及第一光栅方向信息。
继续结合图7和图8所示，以曝光液晶盒7内的耦入光栅区域G1和耦出光栅区域G3的光栅为例。以液晶盒7所在的平面为参考面，建立直角坐标系，图中水平方向为X轴方向，竖直方向为Y轴方向，X轴方向为液晶盒7的第一参考方向，Y轴方向为液晶盒7的第二参考方向。本实施例中，第一待曝光区域为耦入光栅区域G1，第二待曝光区域为耦出光栅区域G3。
结合图9所示，曝光模板6采用4寸晶圆，光栅区域为70*50mm，且曝光模板6中光栅的光栅方向与图9中Y轴方向平行，角度为0°；曝光模板6中光栅的光栅周期方向与图9中X轴方向平行，其中，光栅周期方向指的是多个光栅周期重复排列的方向。
在曝光前，获取液晶盒7上耦入光栅区域G1的第一位置信息以及第一光栅方向信息。结合图7和图8所示，第一位置信息是耦入光栅区域G1的中心相对液晶盒7的中心坐标信息。其中，在液晶盒7所在的参考面内，液晶盒7的中心为原点，液晶盒7的中心也是曝光模板6的中心。第一光栅方向信息是耦入光栅区域G1形成的光栅方向，该光栅方向是耦入光栅区域G1中栅条与X轴之间的夹角θ1。
S102、基于第一位置信息以及第一光栅方向信息，调整液晶盒与第一遮光板的相对位置，以使第一待曝光区域位于第一遮光板的第一通光孔内，且使得液晶盒的第一参考方向与曝光模板上的光栅方向满足第一预设角度关系。
具体的，结合图1-图5所示，在曝光开启前，控制真空吸附装的吸盘吸附曝光模板6，调整位移台和旋转位移台将曝光模板6放置在晶圆加工平台5的凹槽D内，再吸附液晶盒7后放置在曝光模板6的表面，使其与曝光模板6贴合，同时控制液晶盒7的中心与曝光模板6的中心重合。然后再在曝光模板6远离液晶盒7的一侧表面固定设置第一遮光板81。
其中，图10中(a)图为第一遮光板81，图10中(b)图为第一遮光板81和液晶盒7的相对位置的俯视图；图10中(b)图中，曝光模板6的光栅方向沿图中Y轴方向，第一遮光板81的中心设置第一通光孔10，第一通光孔10与耦入光栅区域G1的形状相对应。
结合图10中(b)图所示，首先，固定曝光模板6和第一遮光板81，然后基于第一位置信息控制位移台运动以带动液晶盒7移动，以使得耦入光栅区域G1位于第一遮光板81的第一通光孔10内。以曝光模板6的光栅方向为耦入光栅区域G1的第一光栅方向，继续旋转液晶盒7，使得液晶盒7的X轴方向与曝光模板6上的光栅方向满足θ1角度关系。其中，θ1为第一预设角度。
S103、根据液晶盒内的材料特性以及第一待曝光区域内的光栅参数信息，控制曝光光束的曝光参数，对第一待曝光区域进行曝光，在第一待曝光区域内形成第一光栅。
具体的，继续结合图1-图5所示，耦入光栅区域G1的光栅参数信息包括光栅方向和光栅角度。图1、图2、图4和图5中，光栅角度指的是光栅基底的斜角σ。结合图7和图8所示，光栅方向是栅条与X轴之间的夹角θ，如耦入光栅区域G1中光栅的光栅方向为θ1，耦出光栅区域G3中光栅的光栅方向为θ3，图8中，转折光栅区域G2中光栅的光栅方向为θ2。
液晶盒的材料特性可以包括但不限于液晶盒对曝光光束的吸光特性。曝光光束的曝光参数包括但不限于曝光角度、激光功率和曝光时间。其中，曝光角度指的是曝光光束的传播方向与曝光模板法线的夹角α，作为一个示例，结合图1和图4所示，曝光光束S1的曝光角度为α1，结合图2和图5所示，曝光光束S1的曝光角度为α2，α1＝α2，或者α1≠α2。
根据液晶盒的材料特性以及待曝光液晶盒中耦出光栅区域的光栅参数，合理控制曝光光束S1的曝光角度α、激光功率、功率密度分布和曝光时间等参数，对液晶盒6的耦入光栅区域G1曝光。
作为一个示例，控制曝光光束S1以一定的曝光角度α依次照射第一遮光板81、曝光模板6和液晶盒7，曝光光束S1射入曝光模板6时，会产生与入射光束角度相同的0级衍射光束，和其他角度的1级衍射光束。在这两束光束相交的区域，两束光会产生干涉，于液晶盒7上形成周期与曝光模板6的光栅周期相同的亮暗条纹(即在液晶盒7上形成了光栅)。
结合图10中(b)图所示，在曝光时，第一遮光板81仅有第一通光孔10通光，曝光光束S1照射在耦入光栅区域G1，其内部的曝光材料会对该亮暗条纹反应，使材料内部折射率进行周期性变化，从而在液晶盒7的耦入光栅区域G1曝光形成第一光栅，可以称为耦入光栅。
S104、获取液晶盒上第二待曝光区域的第二位置信息以及第二光栅方向信息。
在曝光前，获取液晶盒7上耦出光栅区域G3的第二位置信息以及第二光栅方向信息。在液晶盒7所在的参考平面内，第二位置信息是耦出光栅区域G3的中心相对液晶盒7的中心坐标信息，其中，液晶盒7的中心为原点，液晶盒7的中心也是曝光模板6的中心。第二光栅方向信息是耦出光栅区域G3形成的光栅方向，该光栅方向是耦出光栅区域G3中栅条与X轴之间的夹角θ3。
S105、基于第二位置信息及第二光栅方向信息，调整液晶盒与第二遮光板的相对位置，以使第二待曝光区域位于第二遮光板的第二通光孔内，且使得液晶盒的第一参考方向与曝光模板上的光栅方向满足第二预设角度关系。
具体的，继续结合图1-图5所示，在曝光开启前，更换遮光板，在曝光模板6远离液晶盒7的一侧表面固定设置第二遮光板82。
其中，图10中(c)图为第二遮光板82，图10中(d)图为第二遮光板82和液晶盒7的相对位置的俯视图，第二遮光板82的中心设置第二通光孔20，第二通光孔20与耦出光栅区域G3的形状相对应。
结合图10中(c)图所示，首先固定曝光模板6和第二遮光板82，然后基于第二位置信息控制位移台运动以带动液晶盒7移动，以使得耦出光栅区域G3位于第二遮光板82的第二通光孔20内。以曝光模板6的光栅方向为耦出光栅区域G3的第二光栅方向，继续旋转液晶盒7，使得液晶盒7的X轴方向与曝光模板6上的光栅方向满足θ3角度关系。其中，θ3为第二预设角度。
S106、根据液晶盒内的材料特性以及第二待曝光区域内的光栅参数信息，控制曝光光束的曝光参数，对第二待曝光区域进行曝光，在第二待曝光区域内形成第二光栅。
具体的，根据液晶盒的材料特性以及待曝光液晶盒中耦出光栅区域的光栅参数，合理控制曝光光束S1的曝光角度α、激光功率、功率密度分布和曝光时间等参数，对液晶盒6的耦出光栅区域G3曝光。
作为一个示例，控制曝光光束S1以一定的曝光角度α依次照射第二遮光板82、曝光模板6和液晶盒7，曝光光束S1射入曝光模板6时，会产生与入射光束角度相同的0级衍射光束，和其他角度的1级衍射光束。在这两束光束相交的区域，两束光会产生干涉，于液晶盒7上形成周期与曝光模板6的光栅周期相同的亮暗条纹(即在液晶盒7上形成了光栅)。
结合图10中(d)图所示，在曝光时，第二遮光板82仅有第二通光孔20通光，曝光光束S1照射在耦出光栅区域G3，其内部的曝光材料会对该亮暗条纹反应，使材料内部折射率进行周期性变化，从而在液晶盒7的耦出光栅区域G3曝光形成第二光栅，也可称为耦出光栅。
综上，本发明实施例提供的体全息光波导光栅的曝光方法，采用体全息光波导光栅的曝光光路，通过精简光路的数量，减少需要频繁调节的元件，降低成本；用特定含有光栅的曝光模板替代双光路干涉，减少光路的复杂程度，提高了全息光栅的周期准确性。
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的体全息光波导光栅的曝光方法还包括：
调整曝光光束入射至曝光模板上的曝光角度，在各个所述待曝光区域形成不同光栅结构的光栅。
具体的，继续结合图1-图5所示，通过调整反射镜3的角度，调整曝光光束S1的传播方向与曝光模板6法线的夹角α，可以形成不同结构的光栅，通过调节曝光光路的曝光角度，调节体全息光栅结构形貌获得任意角度的倾斜光栅或者直光栅，可有效降低机械误差，有效提高曝光良率。
例如图1和图4所示，当α1＝20°，曝光形成倾斜光栅，光栅角度σ＜90°；如图2和图5所示，光束曝光角度α2＝40°，曝光形成直角光栅，光栅角度σ＝90°。
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的体全息光波导光栅的曝光方法还包括：
调整曝光光束入射至曝光模板上的能量分布，在各个待曝光区域获得光栅参数渐变的光栅。
其中，由于曝光光束的功率密度分布不同，在液晶盒内的曝光材料会对该亮暗条纹反应强度也不同，其材料内部折射率周期性变化也不同，形成的光栅周期也不同。
一种可行的实施方式，还可以调整曝光光束的激光功率密度分布，从而调整曝光光束入射至曝光模板上的能量分布，以对液晶盒的待曝光区域曝光，获得光栅参数渐变的光栅。其中，光栅参数包括光栅周期。
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的体全息光波导光栅的曝光方法还包括：
调整曝光光束入射至曝光模板上的曝光时间，在各个待曝光区域获得占空比可调的光栅。
一种可行的实施方式，还可以调整曝光光束入射至曝光模板上的曝光时间，有选择性的对液晶盒的待曝光区域曝光，获得占空比可调的光栅。其中，占空比是指在一个单位面积内，含有光栅的区域占总区域的比例。
作为一个示例，继续结合图4和图5所示，通过在曝光光路中设置光功率密度调节元件4，改变曝光光束S1的光功率密度分布，再根据液晶盒的材料特性以及待曝光液晶盒中耦入光栅区域G1的光栅周期，合理控制曝光光束S1的曝光角度α、光功率密度分布、激光功率和曝光时间等参数，对液晶盒6的耦入光栅区域G1曝光，获得预期的第一光栅。
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的体全息光波导光栅的曝光方法还包括：
曝光前，在曝光模板的表面滴入匹配液。
其中，匹配液的折射率满足曝光光束干涉条件。匹配液可以作为润滑剂和保护层，通过在曝光模板的表面滴入匹配液，再在匹配液上放置液晶盒，通过向液晶盒施加一定的压力，使得液晶盒与曝光模板贴合，在此过程中，匹配液可以对曝光模板和液晶盒进行保护，以提高液晶盒的曝光良率。
在上述实施例的基础上，根据体全息光波导光栅的衍射要求，待曝光区域可以包括多个子待曝光区域，至少两个子待曝光区域的结构形状以及填充的光栅参数不同，针对不同的子待曝光区域的形状，设置遮光板包括多个子挡板，每个子挡板包括子通光孔。
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的体全息光波导光栅的曝光方法还包括：
在同一待曝光区域内，依次对各个子待曝光区域进行曝光，分别在各个子待曝光区域获得子光栅。
其中，至少两个子光栅的光栅结构和/或光栅方向不同。
具体的，针对液晶盒中同一待曝光区域包含多个子待曝光区域，需要根据子待曝光区域的数量、排布和光栅参数，参照上述实施例提供的第一光栅和第二光栅的曝光方法，依次对子待曝光区域进行曝光，从而分别在各个子待曝光区域获得子光栅。
图11是本发明提供的另一种体全息光波导光栅的结构示意图。
一种可行的实施方式，体全息光波导光栅包括耦入光栅区域G1和耦出光栅区域G3，耦出光栅区域G3为二维光栅；曝光方法还包括；
根据二维光栅的第一耦出光栅方向信息，对耦出光栅区域先沿一个方向曝光一次，获得二维光栅的第一耦出光栅；再根据二维光栅的第二耦出光栅方向信息，转动液晶盒，调整液晶盒的方向后，再对耦出光栅区域曝光一次，获得二维光栅的第二耦出光栅。
具体的，结合图11所示，根据体全息光波导光栅的衍射要求，耦出光栅区域G3可以为二维光栅；二维光栅在两个方向(例如图中X轴方向和Y轴方向)均有周期性排列的结构，二维光栅包括第一耦出光栅方向θ3和第二耦出光栅方向θ4。例如，光栅可为柱状结构、三角形结构，由于X轴方向和Y轴方向具有一定周期性的规律排列，在曝光二维光栅时，可以先对液晶盒进行一个角度的曝光，曝光完成后，旋转液晶盒，改变液晶盒的第一参考方向与曝光模板上的光栅方向的预设角度关系，在液晶盒6相同的待曝光区域再曝光一次，即可形成二维光栅，在此曝光过程种，使用的是同一个遮光板。
在上述实施例的基础上，接续结合图8和图10所示，根据体全息光波导光栅的衍射要求，体全息光波导光栅还可以包括转折光栅区域G2。本发明实施例提供的曝光方法还包括曝光转折光栅区域G2。
其中，转折光栅区域G2或者耦出光栅区域G3可以设置为二维光栅，其目的都是为了扩瞳。此外，为了使图像显示更均匀，也还可设置多个转折光栅区域G2。例如设置两个转折光栅，可以使得光分别往两边走，然后分别进入两个对应的转折光栅进行扩瞳并向耦出传输，从而增大视场角；或者在耦出光栅附近设置回落光栅，其中，回落光栅可以使经过转折光栅转角度后部分未进入耦出光栅部分的光再转角度返回至耦出光栅区域，以被耦出光栅耦出，从而提高光的利用率。总之，可根据液晶盒上待曝光形成的光栅区域数量，设计不同数量的满足不同位置关系和角度关系的光栅区域。
继续结合图1-图6、图8-图2所示，本发明实施例提供的转折光栅区域G2的曝光方法如下：
如图8所示，在曝光前，获取液晶盒7上转折光栅区域G2的第三位置信息以及第三光栅方向信息。在液晶盒7所在的参考平面内，第三位置信息是转折光栅区域G2的中心相对液晶盒7的中心坐标信息。第三光栅方向信息是转折光栅区域G2形成的光栅方向，该光栅方向是转折光栅区域G2中栅条与X轴之间的夹角θ2。
具体的，继续结合图1-图5所示，在曝光开启前，在曝光模板6远离液晶盒7的一侧表面固定设置第三遮光板83。
其中，图10中(e)图为第三遮光板83，图10中(f)图为第三遮光板83和液晶盒7的相对位置的俯视图，第三遮光板83的中心设置第三通光孔30，第三遮光板83中的第三通光孔30与转折光栅区域G2的形状相对应。
结合图10中(e)图所示，首先，固定曝光模板6和第三遮光板83，然后基于第三位置信息控制位移台以带动液晶盒7移动，以使得转折光栅区域G2位于第三遮光板83的第三通光孔30内。以曝光模板6的光栅方向为转折光栅区域G2的第三光栅方向，继续旋转液晶盒7，使得液晶盒7的X轴方向与曝光模板6上的光栅方向满足θ2角度关系。
具体的，根据液晶盒的材料特性以及待曝光液晶盒中转折光栅区域的光栅参数，合理控制曝光光束S1的曝光角度α、激光功率、功率密度分布和曝光时间等参数，对液晶盒6的转折光栅区域G2曝光。
作为一个示例，控制曝光光束S1以一定的曝光角度α依次照射第三遮光板83、曝光模板6和液晶盒7，曝光光束S1射入曝光模板6时，会产生与入射光束角度相同的0级衍射光束，和其他角度的1级衍射光束。在这两束光束相交的区域，两束光会产生干涉，于液晶盒7上形成周期与曝光模板6的光栅周期相同的亮暗条纹(即在液晶盒7上形成了光栅)。
结合图10中(e)图所示，在曝光时，第三遮光板83仅有第三通光孔30通光，曝光光束S1照射在转折光栅区域G2，其内部的曝光材料会对该亮暗条纹反应，使材料内部折射率进行周期性变化，从而在液晶盒7的转折光栅区域G2曝光形成第三光栅，也可称为转折光栅。
在上述实施例的基础上，在曝光完耦入光栅区域、转折光栅区域、耦出光栅区域之后，曝光方法还包括：
清洗液晶盒；将液晶盒设置在白光背光源的曝光光束的光轴上，对液晶盒未曝光的材料进行曝光。
在三个区域的曝光结束后，取下液晶盒，对液晶盒进行清洗，将液晶盒放在白光背光源上，对三个区域外未曝光的材料进行曝光，待曝光完成，液晶盒上存在的三个区域分别是耦出光栅区域、转折光栅区域，耦出光栅区域，从而实现了一维光栅二维体全息光波导光栅的曝光。
本发明采用一块曝光模板，利用一条光路于液晶盒的不同区域进行曝光，各个区域可以获得光栅方向的光栅结构，具有曝光光路简单、成本低，可以调节体全息光栅结构形貌获得任意角度的倾斜光栅或者直光栅，有效提高了体全息光栅的周期准确性，降低了机械误差，有效提高曝光良率。
基于同一个发明构思，本发明实施例提供的体全息光波导光栅的曝光系统，曝光系统包括上述实施例提供的体全息光波导光栅的曝光光路以及依次设置的具有通光孔的遮光板、曝光模板、含有待曝光材料的液晶盒。因此，该曝光系统也具有上述实施方式中的曝光方法所具有的有益效果，相同之处可参照上文对曝光方法的解释说明进行理解，下文不再赘述。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互组合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种体全息光波导光栅的曝光方法，采用体全息光波导光栅的曝光系统进行曝光，其特征在于，对液晶盒上的至少两个间隔的待曝光区域进行曝光，所述曝光方法包括：
获取所述液晶盒上第一待曝光区域的第一位置信息以及第一光栅方向信息；
基于所述第一位置信息以及所述第一光栅方向信息，调整所述液晶盒与第一遮光板的相对位置，以使所述第一待曝光区域位于所述第一遮光板的第一通光孔内，且使得所述液晶盒的第一参考方向与所述曝光模板上的光栅方向满足第一预设角度关系；
根据所述液晶盒内的材料特性以及所述第一待曝光区域内的光栅参数信息，控制曝光光束的曝光参数，对所述第一待曝光区域进行曝光，在所述第一待曝光区域内形成第一光栅；
获取所述液晶盒上第二待曝光区域的第二位置信息以及第二光栅方向信息；
基于所述第二位置信息及所述第二光栅方向信息，调整所述液晶盒与第二遮光板的相对位置，以使所述第二待曝光区域位于所述第二遮光板的第二通光孔内，且使得所述液晶盒的第一参考方向与所述曝光模板上的光栅方向满足第二预设角度关系；
根据所述液晶盒内的材料特性以及所述第二待曝光区域内的光栅参数信息，控制曝光光束的曝光参数，对所述第二待曝光区域进行曝光，在所述第二待曝光区域内形成第二光栅；
其中，所述第一参考方向位于所述液晶盒所在平面内。
2.根据权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，所述曝光方法还包括；
调整曝光光束入射至所述曝光模板上的曝光角度，在各个所述待曝光区域形成不同光栅结构的光栅。
3.根据权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，所述曝光方法还包括；
调整曝光光束入射至所述曝光模板上的曝光时间，在各个所述待曝光区域获得占空比可调的光栅。
4.根据权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，所述曝光方法还包括；
调整曝光光束入射至所述曝光模板上的能量分布，在各个所述待曝光区域获得光栅参数渐变的光栅。
5.根据权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，所述待曝光区域包括多个子待曝光区域；所述曝光方法还包括：
在同一所述待曝光区域内，依次对各个所述子待曝光区域进行曝光，分别在各个所述子待曝光区域获得子光栅；其中，至少两个所述子光栅的光栅结构和/或光栅方向不同。
6.根据权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，所述体全息光波导光栅包括耦入光栅区域和耦出光栅区域，所述耦出光栅区域为二维光栅；所述曝光方法还包括；
根据所述二维光栅的第一耦出光栅方向信息，先沿一个方向对所述耦出光栅区域曝光一次，获得所述二维光栅的第一耦出光栅；再根据所述二维光栅的第二耦出光栅方向信息，转动所述液晶盒，调整所述液晶盒的方向后，再对所述耦出光栅区域曝光一次，获得所述二维光栅的第二耦出光栅。
7.根据权利要求6所述的曝光方法，其特征在于，所述二维光栅曝光过程中，采用同一块遮光板。
8.一种体全息光波导光栅的曝光光路，其特征在于，所述曝光光路包括光源、扩束器、反射镜；所述光源用于出射曝光光束，所述扩束器和所述反射镜依次位于曝光光束的光轴上的。
9.根据权利要求8所述的曝光光路，其特征在于，所述曝光光路还包括光功率密度调节元件，所述光功率密度调节元件位于所述扩束器和所述反射镜之间的曝光光束的光轴上。
10.一种体全息光波导光栅的曝光系统，其特征在于，所述曝光系统包括权利要求8-9所述的曝光光路以及依次设置的具有通光孔的遮光板、曝光模板、含有待曝光材料的液晶盒。
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