CN117538971A - 一种反射式体全息光栅的制造装置和制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反射式体全息光栅的制造装置和制造方法，该制造装置包括光源和曝光模组；所述曝光模组包括：具有至少一个光学衍射模块的掩膜版、记录介质、耦合棱镜和曝光调制单元；光学衍射模块接收光源输出的入射记录光束，并对入射记录光束进行衍射分光，得到反射衍射光束；耦合棱镜调整入射记录光束以预设角度入射记录介质，入射记录光束和反射衍射光束输入到记录介质后，以形成体全息光栅；曝光调制单元控制记录介质上的曝光参数，以得到曝光后的反射式体全息光栅。本实施例装置中通过调节入射记录光束的入射角度和利用曝光调制单元控制曝光参数，生成多自由度调制的反射式体全息光栅，本实施例装置和方法实现方式简单，效率高。

Description

一种反射式体全息光栅的制造装置和制造方法

技术领域

本发明涉及全息光栅制造技术领域，尤其涉及的是一种反射式体全息光栅的制造装置和制造方法。

背景技术

体全息光栅光波导由于可以提供更大的视场角、更好的光学显示效果和更轻薄的体积而被应用到增强现实显示系统或混合现实的显示系统，但是现有技术中的体全息光栅的制备工艺需要双光束曝光设备完成，并且干涉条纹对环境扰动、温度和湿度等多个方面要求严格，因此导致体全息光栅难以实现高质量、大规模批量制造。

因此，现有技术有待改进。

发明内容

鉴于上述现有技术中的不足之处，本发明的目的在于提供一种反射式体全息光栅的制造装置和制造方法，克服现有技术中体全息光栅制造工艺难以实现高质量大规模批量制造体全息光栅的缺陷。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

第一方面，本实施例提供了一种反射式体全息光栅的制造装置，其中，包括：光源和位于所述光源发光光路上的曝光模组；所述曝光模组包括：具有至少一个光学衍射模块的掩膜版、记录介质、耦合棱镜和曝光调制单元；

所述光源，用于提供入射记录光束；

所述掩膜版上的光学衍射模块，用于接收入射记录光束，并对所述入射记录光束进行衍射分光，得到反射衍射光束；

所述耦合棱镜，用于对入射记录光束入射到所述掩膜版中的角度进行调整，以使得所述入射记录光束以预设角度入射所述记录介质，并消除界面上由于入射记录光束非理想折、反射导致的背景干涉噪声，以进一步提高目标干涉条纹的信噪比；

所述记录介质，用于根据输入的所述入射记录光束和所述反射衍射光束产生干涉条纹，并在干涉强度增强区和干涉强度减弱区形成折射率差异，以形成体全息光栅；

所述曝光调制单元，用于控制所述记录介质上的曝光参数，以得到曝光后的反射式体全息光栅。

可选的，所述曝光调制单元包括：间隙隔块和透明隔块；所述记录介质内嵌设置在间隙隔块中，所述透明隔块设置在所述间隙隔块和掩膜版之间。

可选的，还包括：至少一个设置在入射记录光束光路上的可旋转半透半反射镜；

所述可旋转半透半反射镜，用于调节所述入射记录光束传输至所述记录介质的入射角度；其中，各个可旋转半透半反射镜分别与不同位置的记录介质的曝光区域相对应设置，以使得不同区域上记录介质的曝光参数不同；所述曝光参数为入射光束的波长、相位、偏振、振幅、入射角度中的一种或多种。

可选的，所述曝光模组还包括：设置在所述耦合棱镜表面的吸收介质层；

所述吸收介质层，用于吸收多余的入射记录光束和透射光束，以避免这些多余的入射记录光束和透射光束经界面折、反射在记录介质中产生不必要的噪声，从而提高体全息光栅的信噪比。

可选的，所述光学衍射模块的表面形状为平面或曲面，且所述光学衍射模块为振幅型光栅、相位型光栅、衍射光学元件、体全息光栅和超表面等微纳光学结构中的任意一种或多种，也可以是光学可调微纳器件。

可选的，所述间隙隔块内填充有折射率匹配液；

所述折射率匹配液，用于填充耦合棱镜和记录介质之间的空气间隙。

可选的，所述记录介质为光致聚合物、光敏玻璃、光折变晶体、可分散聚合物液晶、重铬酸盐明胶或卤化银明胶等光敏材料中的任意一种或多种。

可选的，还包括：依次排列设置在光源的出射光路上的聚焦透镜、小孔光阑和/或准直透镜；

所述聚焦透镜，用于对所述光源发出的入射记录光束进行聚焦；

所述小孔光阑，用于对从聚焦透镜传入的入射记录光束进行滤波及光束直径调节；

所述准直透镜，用于对从小孔光阑出射的入射记录光束进行准直处理。

可选的，所述掩膜版上设置有参数不同的多个光学衍射模块；设置在不同位置的用于记录体全息光栅的多个记录区域；

各个所述记录区域为同一介质的相同或不同区域，或为不同介质的相同或不同区域；各个所述记录区域在所述曝光参数下进行同步曝光后分别得到光栅参数不同的多块体全息光栅，所述多块体全息光栅为耦入光栅、和/或耦出光栅、和/或转折光栅。

第二方面，本实施例还公开了一种反射式体全息光栅的制造方法，其中，包括：

制备记录介质；

制备光学衍射模块；

基于记录介质和光学衍射模块搭建反射式体全息光栅的制造装置；

利用所述反射式体全息光栅的制造装置得到曝光后的反射式体全息光栅。

有益效果:

本实施例公开了一种反射式体全息光栅的制造装置和制造方法，该制造装置包括：光源和曝光模组；所述曝光模组包括：具有至少一个光学衍射模块的掩膜版、记录介质、耦合棱镜和曝光调制单元；光源提供的入射记录光束入射到掩膜版上的光学衍射模块，光学衍射模块接收入射记录光束，并对所述入射记录光束进行衍射分光，得到反射衍射光束；耦合棱镜对入射记录光束入射到掩膜版中的角度进行调整，以使得所述入射记录光束以预设角度入射所述记录介质，以及记录介质根据输入的所述入射记录光束和所述反射衍射光束产生干涉条纹，并改变折射率，以形成体全息光栅；曝光调制单元控制记录介质上的曝光参数，以得到曝光后的反射式体全息光栅。本实施例装置中通过调节入射记录光束的入射角度和利用曝光调制单元控制曝光参数，生成多自由度调制的反射式体全息光栅，实现方式简单，效率高。

附图说明

图1为本发明实施例中的曝光模组的结构示意图；

图2为本发明实施例中反射式体全息光栅的制造装置的结构示意图；

图3为本发明实施例中不同光栅参数的光栅同步曝光的原理示意图；

图4为本发明实施例中反射式体全息光栅的制造方法的步骤流程图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示设备结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，其组件布局型态也可能更为复杂。

平板光波导集成系统是增强现实(AR)、光计算等领域不可缺少的关键光学模组，其中，携带物体信息的光束经过光栅等衍射器件耦合到平板波导中，然后其衍射光束的衍射角度因满足全内反射要求而得以在平板波导中传导，最后经过另外一个光栅衍射器件输出波导。目前，基于纳米压印的表面浮雕光栅虽然已经初步实现批量制造。然而，基于表面浮雕光栅的增强现实(AR)系统仍面临着彩虹效应、视场角FOV小等制约性能的难题。

体全息光栅由于可以提供更大的视场角、更好的光学显示效果、更轻薄的体积而被认为是下一代增强现实(AR)系统的必选技术。然而，体全息光栅的制备工艺往往需要双光束曝光设备完成，并且干涉条纹对环境扰动、温度、湿度等多种因素都非常敏感，因此，必须采取一系列隔振、条纹锁定、光栅周期测量等技术以保证干涉条纹稳定，这将导致体全息光栅难以实现高质量、大规模批量制造。

基于光栅的衍射作用，现有技术中已经开发出了一种制备透射式体全息光栅的技术，即利用入射光束照射光栅使其产生正负一级衍射级次，入射光束和衍射光束从记录介质的同侧入射并在指定位置处汇合以产生曝光干涉条纹。然而，该方法只能制备透射型体全息光栅。同时，由于入射光束空气入射并经过掩膜版、透明衬底、记录介质等介质，这将产生多次界面折射和反射光束。这些光束将进一步与入射光束汇合，并在记录介质中形成多套寄生光栅或者光学伪影，这将进一步导致体全息光栅的衍射效率下降、雾度增加等问题。

除此，根据布拉格定理，在折射率对比度一定的情况下，透射型体全息光栅的衍射效率随光栅厚度的增加呈现正弦型变化，衍射效率存在最大值，而反射型体全息光栅的衍射效率随光栅厚度的增加呈现对数型变化，并逐渐趋近于100％。通常，为了能达到较高的衍射效率，往往需要开发具有高折射率对比度的材料，如可分散聚合物液晶。然而，开发新材料耗时长，而且可能会导致其他性能发生变化，如雾度、热膨胀率等。

相比于透射型体全息光栅，反射型体全息光栅有望在较低折射率对比度的前提下通过增加光栅厚度以实现接近100％的衍射效率，并最终得到性能更好的增强显示效果。然而，传统的双光束曝光面临诸多问题难以实现体全息光栅的批量制造，而基于镀多层反射膜的衬底和劳埃镜的曝光方法制备反射式体全息光栅难以满足灵活、大角度、多区域和可调制的曝光需求。因此，现有技术通过光栅衍射分束只实现了透射型体全息光栅，然而其衍射效率仍受限于材料的折射率对比度，进而限制了体全息光栅的制造效率。

而已有的反射型体全息光栅的制备方案，无论是通过反射膜还是劳埃镜，都无法实现灵活的、大角度的、多区域等多自由度调制要求的制备。

因此，为了克服现有技术中的上述问题，本发明实施例采用光学衍射模块实现反射式衍射分束，反射式衍射分束与原有光束汇合可以实现多自由度调制要求的反射式体全息光栅的制备，这可以充分利用所有的光敏介质材料，并通过增加光敏介质材料的厚度理论上可以实现接近100％的衍射效率。

具体的，本发明实施例提供了一种可实现多自由度调制的反射式体全息光栅的制造装置和方法，该制造装置中包括曝光模组，曝光模组包括具有至少一个光学衍射模块的掩膜版、记录介质、耦合棱镜和曝光调制单元，所述耦合棱镜和曝光调制单元用于对入射到记录介质上的入射记录光束和反射衍射光束的光线角度进行调整或者通过调节曝光参数，从而改变光栅折射率分布、周期、倾角等参数，以实现通过一块或多块光学衍射模块即可实现体全息光栅制造，方法简便、效率高、功能丰富、适用于各种光敏介质材料，从而有望满足下一代增强现实(AR)系统对光学显示模组的严苛要求。

下面结合附图所示，对本实施例提供的一种方法做详细的说明。

本实施例提供了一种反射式体全息光栅的制造装置，包括：光源和位于所述光源发光光路上的曝光模组；如图1所示，所述曝光模组包括：具有至少一个光学衍射模块113的掩膜版112、记录介质110、耦合棱镜(耦合棱镜包括：第一耦合棱镜106和第二耦合棱镜107)和曝光调制单元；所述掩膜版112、记录介质110和曝光调制单元设置在第一耦合棱镜106和第二耦合棱镜107之间。

所述光源，用于提供入射记录光束。

所述掩膜版112上的光学衍射模块113，用于接收入射记录光束100，并对所述入射记录光束100进行衍射分光，得到反射衍射光束，其中，反射衍射光束包括：光学衍射模块反射的零级衍射光束102、正一级或负一级衍射光束103。

所述第一耦合棱镜106和第二耦合棱镜107，用于对入射记录光束100入射到所述掩膜版112中的角度进行调整，以使得所述入射记录光束100以预设角度入射所述记录介质110，并消除界面上由于入射记录光束非理想折、反射导致的背景干涉噪声，以进一步提高目标干涉条纹的信噪比。

所述记录介质110，用于根据输入的所述入射记录光束100和所述正一级或负一级衍射光束103产生干涉条纹，并改变折射率，以形成体全息光栅。

所述曝光调制单元，用于控制所述记录介质上的曝光参数，以得到曝光后的反射式体全息光栅。

本实施例所提供的反射式体全息光栅的制造装置，先用光源提供入射记录光束，在具体实施时，为了得到更稳定的干涉条纹，采用激光器提供入射记录光束。

进一步的，所述曝光调制单元包括：间隙隔块108和透明隔块111；所述记录介质110内嵌设置在间隙隔块108中，所述透明隔块111设置在所述间隙隔块108和掩膜版112之间。

结合图1所示，从光源发出的入射记录光束100经过位于间隙隔块108上方的棱镜后，分别入射到间隙隔块108或位于间隙隔块108中的记录介质110中，从间隙隔块108和记录介质110中透射出的光束依次入射到透明隔块111和掩膜版112后输入到位于掩膜版112下方的第二耦合棱镜107中。入射记录光束100入射到掩膜版112上的光学衍射模块113后，经过光学衍射模块113衍射分光得到反射衍射光束，其中，反射衍射光束包括零级衍射光束102和正一级衍射光束或负一级衍射光束103。进一步的，从光学衍射模块113透射的正一级或负一级衍射光束103和从光学衍射模块113透射的零级衍射光束105分别入射到第一耦合棱镜106和第二耦合棱镜107。所述曝光模组还包括：设置在所述第二耦合棱镜107表面的吸收介质层114；所述吸收介质层114，用于吸收传入的多余的入射记录光束和透射光束，避免产生多余的寄生光栅或者光学伪影。

进一步的，入射记录光束100和正一级或负一级衍射光束103传输至记录介质110中产生稳定的干涉条纹并改变记录介质110的折射率，以得到全息光栅。第一耦合棱镜106将入射记录光束按照设定好的入射角度入射到掩膜版112，间隙隔块108和透明隔块111控制记录介质110上的曝光参数，以实现曝光参数的调整，满足多自由度调制的反射式体全息光栅的制造需求，从而可以改变光栅折射率分布、周期、曝光位置等参数。

进一步的，还可以通过改变掩膜版112中光学衍射模块113的设计参数，以实现制备出不同参数的体全息光栅，例如：通过设计光学衍射模块113中的衍射参数周期变化，以制造出变周期体全息光栅。

为了实现多光束多区域曝光，所述制造装置还包括：至少一个设置在入射记录光束光路上的可旋转半透半反射镜。

所述可旋转半透半反射镜，用于调节所述入射记录光束传输至所述记录介质的入射角度；其中，各个可旋转半透半反射镜分别与掩膜版不同区域上的记录介质相对应设置，以使得不同区域上记录介质的曝光参数不同。所述曝光参数包括但不限于入射光束的波长、相位、偏振、振幅、入射角度等参数。

进一步的，结合图1所示，所述间隙隔块108内填充有折射率匹配液109；所述折射率匹配液109，用于填充耦合棱镜(耦合棱镜包括：第一耦合棱镜106和第二耦合棱镜107)和记录介质110之间的空气间隙。

在具体实施例中，为了实现较佳的曝光效果，所述记录介质为光致聚合物、光敏玻璃、光折变晶体、可分散聚合物液晶、重铬酸盐明胶或卤化银明胶等光敏材料中的一种或多种。

在一种实施方式中，所述光学衍射模块的表面形状为平面或曲面，且所述光学衍射模块为微纳光学结构或者为光学微纳可调器件。具体的，所述光学衍射模块为振幅型光栅、相位型光栅、衍射光学元件、体全息光栅和超表面光栅等微纳光学结构中一种或多种。其中，光学衍射模块的表面形状可以设置为球形。以及本实施例所采用的光学衍射模块可以用来制造平面光栅，也可以用来制造曲面光栅，可以满足各种具有不同功能的光学元件的需求，如用于聚焦的体全息透镜，用于显示的体全息光栅，用于数据存储的体全息编码、解码等应用。

进一步的，结合图2所示，所述制造装置还包括：依次排列设置在光源200的出射光路上的准直扩束系统对入射记录光束进行准直和扩束。具体的，所述准直扩束系统包括：聚焦透镜201、小孔光阑202和准直透镜203。

所述聚焦透镜201，用于对所述光源200发出的入射记录光束进行聚焦；

所述小孔光阑202，用于对从聚焦透镜201传入的入射记录光束进行滤波和光束直径调节；

所述准直透镜203，用于对从小孔光阑202出射的入射记录光束进行准直处理。

光源发出的入射记录光束经过准直光束系统进行准直和扩束后，得到准直扩束以后的入射记录光束213，经过声光调制器204进行调制后，传入至可旋转反射镜205，经过可旋转反射镜205反射至曝光模组，入射记录光束213和经过掩膜版中光学衍射模块衍射得到的正一级或负一级衍射光束214在曝光模组中的记录介质208中产生干涉条纹，并且记录介质208的折射率发生改变。在曝光模组中设置有多个记录介质208，包括未曝光的记录介质207，正在曝光的记录介质208，当记录介质曝光完成后，得到反射式体全息光栅209。当曝光完成后，则利用光栅封装设备210对制备好的具有反射式体全息光栅的波导镜片进行封装。另外在制造全息光栅时，利用工业控制设备211控制卷对卷自动上料设备212的运行以及控制声光调制器204中对入射记录光束213的参数进行调节，使得曝光时间、卷对卷自动上料设备的上料速度、入射光束各参数等相互匹配并实现自动化生产。

为了实现多区域曝光，得到多自由度调制的效果，所述掩膜版上设置多个光学衍射模块，设置在不同位置的用于记录体全息光栅的多个记录区域，各个所述记录区域为同一介质的相同或不同区域，或为不同介质的相同或不同区域；各个光学衍射模块的参数可以相同或不同，各个所述记录区域在曝光参数下进行同步曝光后分别得到光栅参数不同的多块体全息光栅，所述多块体全息光栅为耦入光栅、和/或耦出光栅、和/或转折光栅。

由于在同一介质内可以多个记录区域，因此各个记录区域可以为同一介质内的不同区域，由于设置的曝光参数不同，因此各个记录区域还可以为同一介质内的相同区域，进一步的，各个记录区域还可以为不同介质的相同区域或不同区域，只要在不同的曝光参数下，记录区域能满足根据输入的入射记录光束和反射衍射光束产生干涉条纹，并在干涉强度增强区和干涉强度减弱区形成折射率差异，以形成体全息光栅的条件即可。

结合图3所示，以掩膜版上设置有三个参数不同的光学衍射模块为例，所述掩膜版317上设置有参数不同的第一光学衍射模块313、第二光学衍射模块314和第三光学衍射模块315；设置在不同位置的记录介质包括：第一记录介质、第二记录介质和第三记录介质。所述第一记录介质、第二记录介质和第三记录介质经过同步曝光后分别得到光栅参数不同的耦入光栅310、转折光栅311和耦出光栅312。

结合图3所示，在掩膜版317上设置有透明隔块316，在透明隔块316之间依次设置有多个记录介质，在透明隔块316的上方依次排列设置有多个可旋转半透半射镜，分别为第一可旋转半透半射镜307、第二可旋转半透半射镜308和第三可旋转半透半射镜309，具体的，第一可旋转半透半射镜307、第二可旋转半透半射镜308和第三可旋转半透半射镜309的透射率可以根据需要进行调整，使得入射到各记录介质上的光束角度不同，并且前一个可旋转半透半射镜透射的光束可以继续传输并被下一个可旋转半透半射镜反射到不同角度，从而实现入射到记录介质的入射记录光束的调制。

具体的，从光源发出的入射记录光束301经过可旋转半透半射镜的反射后，传输到掩膜版的各记录介质上，可旋转半透半射镜可以改变入射记录光束301的角度，掩膜版112上设置有多个光学衍射模块，各个光学衍射模块对入射记录光束301进行衍射后分别产生的正一级或负一级的第一衍射光束304、第二衍射光束305和第三衍射光束306，入射记录光束301和反射衍射光束在记录介质处汇合并形成稳定干涉条纹，从而在各记录介质中形成体全息光栅。进一步地，基于不同的光栅参数，各记录介质分别形成耦入光栅310、转折光栅311和耦出光栅312，透明隔块316可用于改变耦入光栅310、转折光栅311和耦出光栅312之间的位置关系。为了取得较好的曝光效果，在掩膜版317下方设置有吸收介质层，用于将多余的透射光束吸收掉以避免产生多余的寄生光栅或者光学伪影。

由于本实施例所提供的制造装置中的曝光模组可以利用多个半透半反射镜来实现多光束多区域的曝光，因此本实施例给出的制造装置可以通过灵活设置实现多自由度调制的反射式体全息光栅，从而满足大角度、多区域的反射式体全息光栅的制造。

本发明提出的一种可实现多自由度调制的反射式体全息光栅的制造装置、方法和设备，通过采用高质量的光学衍射模块实现衍射分束制备体全息光栅，解决了现有技术制备体全息光栅效率低、易受环境影响、难以实现多自由度(大角度、多区域)调制等难题。

本发明在提供了上述反射式体全息光栅的制造装置的基础上，还公开了一种反射式体全息光栅的制造方法，如图4所示，其步骤包括：

步骤S1、制备记录介质；制备光敏介质材料，所述光敏介质材料包括：光致聚合物、光敏玻璃、光折变晶体、可分散聚合物液晶、重铬酸盐明胶或卤化银明胶。

步骤S2、制备光学衍射模块；光学衍射模块包括但不限于振幅型光栅、相位型光栅、体全息光栅和超表面等衍射光学元件，并且光学衍射模块的形状可以为球面、自由曲面或非球面等。按照预设设计参数设计光学衍射模块的大小和形状及个数。

步骤S3、使用记录介质和光学衍射模块搭建反射式体全息光栅的制造装置；先根据曝光模组中各个组件的结构搭建曝光模组中的曝光光路，再依次搭建制造装置中的各个组件，最后得到搭建完成的反射式体全息光栅的制造装置。

步骤S4、利用所述反射式体全息光栅的制造装置得到曝光后的反射式体全息光栅。

根据预设入射角度，对入射记录光束入射到记录介质中的角度进行调节，根据预设曝光参数对曝光调节单元进行调节，对各个光学衍射模块在掩膜版上的位置区域进行布局，以及对可旋转半透半反射镜的位置进行调节，利用调节完成的制造装置实现反射式体全息光栅的制造，得到曝光完成的反射式体全息光栅。

具体的，结合图4所示本发明实施例的记录反射式体全息波导的方法的流程图。其中，首先，制备高质量光敏介质材料；其次，是制备高质量光学衍射平面；再次，是搭建全息记录系统，即根据具体的应用需求选择光源模块、光学衍射平面、反射镜、分束镜等光学元件，从激光器引导激光光束，通过光学衍射平面将其分成两个光束：原始光束和衍射光束，并且这两束光交叠在记录平板上涂有光敏介质材料的特定区域；最后，记录全息图案，打开电子快门在光敏介质材料中记录两束光的干涉图案。

当得到曝光完成的全息光栅后，则对制造得到的全息光栅的性能分析、测试，根据全息干涉样品的光学性能，如衍射效率、折射率对比度、热膨胀率、雾度、长期稳定性、高温高湿特性等进行检测和分析，并进行误差分析和系统改进、优化，根据4全息样品的性能分析结果确认系统中存在的误差，并对整个系统进行改进、优化，最后调整光敏介质材料的配方、曝光系统的记录参数、光学衍射平面等光学元件等以改进记录效果和图像质量，并进一步实现大角度、多区域等多自由度调制的反射式体全息光栅的制造。

进一步地，通过设计光学衍射模块，或者增加不同波长光源模块、反射镜、分束镜等光学元件，本发明可以灵活改变曝光参数以满足多自由度调制的反射式体全息光栅的制造需求，从而可以进一步用于调制光栅周期、占空比、倾角等参数。进一步地，通过改变掩膜版中光学衍射模块的设计参数也可以制备不同参数的体全息光栅，如变周期体全息光栅等。本发明实施例采用的光学衍射模块可以采用任何可以产生衍射的光学元件，极大地拓展了制备灵活性。本发明允许采用的全息曝光介质是任何对光学敏感的介质，可以满足各个领域对各种材料的需求，如要求轻便的AR领域可以采用树脂，要求可靠的光计算领域可以采用玻璃，军工领域可以采用特殊制造的光敏介质，如耐高温、耐腐蚀、耐辐射等。

本实施例公开了一种反射式体全息光栅的制造装置和制造方法，通过光源和曝光模组；所述曝光模组包括：具有至少一个光学衍射模块的掩膜版、记录介质、耦合棱镜和曝光调制单元；光源提供的入射记录光束入射到掩膜版上的光学衍射模块，光学衍射模块接收入射记录光束，并对所述入射记录光束进行衍射分光，得到反射衍射光束；耦合棱镜对入射记录光束入射到掩膜版中的角度进行调整，以使得所述入射记录光束以预设角度入射所述记录介质，以及记录介质根据输入的所述入射记录光束和所述反射衍射光束产生干涉条纹，并改变折射率，以形成体全息光栅；曝光调制单元控制记录介质上的曝光参数，以得到曝光后的反射式体全息光栅。本实施例装置中通过调节入射记录光束的参数，如波长、相位、偏振、振幅、入射角度等，以及利用曝光调制单元控制曝光参数，生成多自由度调制的反射式体全息光栅，实现方式简单，效率高，具备可量产性。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种反射式体全息光栅的制造装置，其特征在于，包括：光源和位于所述光源发光光路上的曝光模组；所述曝光模组包括：具有至少一个光学衍射模块的掩膜版、记录介质、耦合棱镜和曝光调制单元；

所述光源，用于提供入射记录光束；

所述掩膜版上的光学衍射模块，用于接收入射记录光束，并对所述入射记录光束进行衍射分光，得到反射衍射光束；

所述耦合棱镜，用于对入射记录光束入射到所述掩膜版中的角度进行调整，以使得所述入射记录光束以预设角度入射所述记录介质；

所述记录介质，用于根据输入的所述入射记录光束和所述反射衍射光束产生干涉条纹，并在干涉强度增强区和干涉强度减弱区形成折射率差异，以形成体全息光栅；

所述曝光调制单元，用于控制所述记录介质上的曝光参数，以得到曝光后的反射式体全息光栅。

2.根据权利要求1所述的反射式体全息光栅的制造装置，其特征在于，所述曝光调制单元包括：间隙隔块和透明隔块；所述记录介质内嵌设置在间隙隔块中，所述透明隔块设置在所述间隙隔块和掩膜版之间。

3.根据权利要求1所述的反射式体全息光栅的制造装置，其特征在于，还包括：至少一个设置在入射记录光束光路上的可旋转半透半反射镜；

所述可旋转半透半反射镜，用于调节所述入射记录光束传输至所述记录介质的入射角度；其中，各个可旋转半透半反射镜分别与记录介质的不同位置的曝光区域相对应设置，以使得不同区域上记录介质的曝光参数不同；所述曝光参数为入射光束的波长、相位、偏振、振幅、入射角度中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的反射式体全息光栅的制造装置，其特征在于，所述曝光模组还包括：设置在所述耦合棱镜表面的吸收介质层；

所述吸收介质层，用于吸收多余的入射记录光束和通过所述光学衍射模块的透射光束。

5.根据权利要求1所述的反射式体全息光栅的制造装置，其特征在于，所述光学衍射模块的表面形状为平面或曲面，且所述光学衍射模块为微纳光学结构或者为光学微纳可调器件。

6.根据权利要求2所述的反射式体全息光栅的制造装置，其特征在于，所述间隙隔块内填充有折射率匹配液；

所述折射率匹配液，用于填充耦合棱镜和记录介质之间的空气间隙。

7.根据权利要求1所述的反射式体全息光栅的制造装置，其特征在于，所述记录介质为光致聚合物、光敏玻璃、光折变晶体、可分散聚合物液晶、重铬酸盐明胶或卤化银明胶中的任意一种或多种。

8.根据权利要求1所述的反射式体全息光栅的制造装置，其特征在于，还包括：依次排列设置在光源的出射光路上的聚焦透镜、小孔光阑和/或准直透镜；

所述聚焦透镜，用于对所述光源发出的入射记录光束进行聚焦；

所述小孔光阑，用于对从聚焦透镜传入的入射记录光束进行滤波及光束直径调节；

所述准直透镜，用于对从小孔光阑出射的入射记录光束进行准直处理。

9.根据权利要求1所述的反射式体全息光栅的制造装置，其特征在于，所述掩膜版上设置有参数不同的多个光学衍射模块；设置在不同位置的用于记录体全息光栅的多个记录区域；

各个所述记录区域为同一介质的相同或不同区域，或为不同介质的相同或不同区域；各个所述记录区域在所述曝光参数下进行同步曝光后分别得到光栅参数不同的多块体全息光栅，所述多块体全息光栅为耦入光栅、和/或耦出光栅、和/或转折光栅。

10.一种反射式体全息光栅的制造方法，其特征在于，包括：

制备记录介质；

制备光学衍射模块；

基于记录介质和光学衍射模块搭建反射式体全息光栅的制造装置；利用所述反射式体全息光栅的制造装置得到曝光后的反射式体全息光栅。