CN201716525U - 一种全息光栅的制作装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全息光栅的制作装置。该制作装置包含光源、扩束镜、空间滤波器、平面平晶和用于记录经平面平晶两个光学表面反射形成平行干涉条纹的全息干版；其中，光源、扩束镜、空间滤波器和平面平晶沿光束前进的方向依次共轴排列，平面平晶与光轴形成的夹角可调，用于记录经平面平晶两个光学表面反射形成平行干涉条纹的全息干版位于干涉场。本实用新型元件少，不需使用标准光栅，调节灵活方便，而且由于属分波幅干涉，光程短，本实用新型产生的干涉条纹稳定，衬比度高，抗干扰能力强。本实用新型的干涉条纹间距可控量较多，易于调节光栅常数，特别适合于制作教学用的低频光栅全息光栅。

Description

一种全息光栅的制作装置

技术领域

本实用新型属于光全息技术与光学元件制造领域，特别涉及一种全息光栅的制作装置。

背景技术

全息光栅是常用及重要的光学元件，在光谱技术、光波导与光学信息技术中有着广泛应用，如用于图像加减、微分及分光等。制作全息光栅的常用方法主要有分波幅干涉法、分波面干涉法及光束扫描等，如马赫一曾德尔干涉法、阿贝成像法、麦克尔逊干涉仪法、杨氏干涉法、菲涅尔双面镜干涉法、洛埃镜干涉法等，这些方法各有优缺点，有些光学元件较多，光路调节比较复杂，有些需要现成的标准光栅和昂贵的设备，制作起来不方便。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种全息光栅的制作装置。该制作装置简单，所需元件少。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种全息光栅的制作装置，包含光源、扩束镜、空间滤波器、平面平晶和全息干版；其中，光源、扩束镜、空间滤波器和平面平晶沿光束前进的方向依次共轴(光轴)排列，平面平晶与光轴形成的夹角可调，全息干版位于干涉场，记录经平面平晶两个光学表面反射形成平行干涉条纹；

所述全息光栅的制作装置还包含凸透镜，凸透镜位于空间滤波器和平面平晶之间，凸透镜与扩束镜的距离是当光束经过凸透镜后形成发散光为宜；

所述的光源为连续波激光器；

所述的连续波激光器优选He-Ne激光器、He-Cd激光器或半导体激光器；

所述的空间滤波器优选为针孔；

所述针孔由金属片打小洞做成，其透光孔直径为10～30微米；

所述平面平晶为两个平面夹角小于1°的平面平晶；优选为两面不平行度小于一分(六十分之一度)、平面粗糙度小于1/50波长的平面平行平晶；

所述的夹角优选为20°～80°；

所述的全息干版包含银盐全息干版、光致抗蚀剂或重铬酸盐明胶片。

本实用新型的原理为：光源发出的单色光经扩束镜和空间滤波器处理之后成为一束强度均匀的面积较大的球面光波，在平面平晶的厚度一定的情况下，通过调节平面平晶与光轴的夹角，能达到改变条纹间距的目的。如图1所示，从点光源S射出来的球面波，经平面平晶两个面反射后，相当于其另一侧出现两个虚点源(镜面像)。两个点源发射的两束光在远处相遇形成杨氏干涉条纹。设O₁S′为平面平晶第一个平面到像点S′的距离，O₂S″为平面平晶第二个平面到像点S″的距离，设平面平晶与光轴的夹角为θ，光束II在第一个平面的入射点为C，光束II经第二个平面反射后由第一个平面出射点为E，θ₁为折射角，n为空气的折射率，n₁为平面平晶的折射率，h为SC的距离，设平面平晶的厚度为D₀，根据几何光学有

$n\sin (\frac{\mathrm{\π}}{2}-\mathrm{\θ})=n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1,$ 即ncosθ＝n₁sinθ₁    (1)

由图1中几何关系可得

在RtΔSO₁C中

SO₁＝SC sinθ＝h sinθ    (2)

根据对称性，有

O₁S′＝OO₁＝hsinθ    (3)

在RtΔO₁ES″中，

O₂S″＝O₂Etanθ    (4)

又由于

O₂E＝O₁C+CE＝hcosθ+2D₀tanθ₁    (5)

由(2)、(3、(4)、(5)、(6)可得两等效光源的间距为

d＝O₂S″+D₀-O₁S′＝(h cosθ+2D₀ tanθ₁)tanθ+D₀-h sinθ

 ＝2D₀tan θ₁tanθ+D₀    (6)

$=2D_0\frac{n\sin \mathrm{\θ}}{\sqrt{n_1^2-n^2\mathrm{co}{s}^2\mathrm{\θ}}}+D_0---\left(7\right)$

即两等效点光源的间距d与平面平晶的厚度D₀、平面平晶与光轴的夹角θ有关，与h无关。可见，通过调节θ，可以改变点光源的间距d，从而得到所需光栅常数的光栅。实际上，改变点源S发射光束的发散程度，在一定程度上也可以调节条纹间距，因此，本实用新型的优选方式为设置凸透镜，其有利于调整电源S发射光束的发散程度。另外，设入射平面平晶的光强为I_o，由于平面平晶的材料多为玻璃，其反射率约为5％左右，由第一个平面反射光束光强为5％*I_o，而经第一、二面透射及反射后的光束光强为95％*5％*95％*I_o＝0.045I_o，两束光形成的干涉条纹衬比度为

$R=\frac{I\max -I\min }{I\max +I\min }=\frac{2\sqrt{I\max *I\min }}{I\max +I\min }=\frac{2*\sqrt{0.05*\mathrm{Io}*0.045*\mathrm{Io}}}{0.05*\mathrm{Io}+0.045*\mathrm{Io}}\≈1---\left(8\right)$

可见，干涉条纹衬比度接近最大，适合于全息光栅的制作。

本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本实用新型元件少，不需使用标准光栅，调节灵活方便。

(2)由于属分波幅干涉，光程短，本实用新型产生的干涉条纹稳定，衬比度高，抗干扰能力强。

(3)本实用新型的干涉条纹间距可控量较多，易于调节光栅常数，特别适合于制作教学用的低频光栅全息光栅，如正弦光栅、复合光栅、二维光栅等。

附图说明

图1是平行平晶形成杨氏干涉条纹的原理图。

图2是实施例1所述装置的光路示意图。

图3是实施例2所述装置的光路示意图。

图4是实施例3所述装置的光路示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

图2是本实施例所述的低频全息光栅制作的一种典型实施方式，该装置由光源1、扩束镜2、针孔3、凸透镜4、平面平行平晶5和全息干版6组成；沿光束前进方向，依次共轴(光轴)排列着光源1、扩束镜2、针孔3、凸透镜4和平面平行平晶5，全息干版6位于杨氏干涉场中。其相互位置保证由光源1发射的一束单色光经光束处理机构(扩束镜2和针孔3构成)处理，形成一束高质量的均匀光束入射凸透镜4，然后形成发散光，经平面平晶反射后形成两束相干光，在全息干版6处产生所需间距的干涉条纹。各元件都固定在防震的光学平台上，相邻部件之间的距离和位置可以调节。

光源1是单色光源，可采用各类连续波激光器，如He-Ne激光器、He-Cd激光器和半导体激光器等；扩束镜2和针孔3构成了光束处理机构，获得一束强度均匀光束，扩束镜2可用小玻璃凸透镜、复合透镜或者显微物镜代替；针孔3由金属片打小洞做成，其透光孔直径为10～30微米，平面平行平晶5为的两面不平行度小于一分(六十分之一度)，平面粗糙度小于1/50，全息干版6可选择银盐全息干板、光致抗蚀剂或重铬酸盐明胶片等，它们的吸收光谱峰值应与光源的波长相匹配。把全息干版6放在杨氏干涉场曝光，经全息干版常规后期处理及用玻璃封装后就得到所需全息光栅。

本装置光路可按下述步骤进行调整：首先调节激光光束与光学平台平行，使扩束镜2、针孔3、凸透镜4和平行平晶5共轴，其中扩束镜2和针孔3组成光束处理机构；调节扩束镜2，获得一束扩散光束，再在扩束镜2后加上针孔3，微调其位置，获得一束均匀球面光束；调节凸透镜4和扩束镜2的相对距离，获得所需发散角的光束；再调节平面平行平晶5与光轴的夹角，使得在干板6处所获得所需间距的干涉条纹。

实施例2

本实施例所述的制作装置如图3所示，比图1少了一个凸透镜4，射到平行平晶5的光束为球面光束，同样可实现全息光栅的制作。

实施例3

本实施例所述的制作装置如图4所示，与第一及第二种实施方式的区别只在于：第三种实施方式中的平面平晶5由夹角小于1°的两个普通玻璃或透明聚合物材料制成的平面代替，同样可实现全息光栅的制作。

上述所提供的实施例都是根据杨氏干涉的原理，利用平面平晶两面反射形成两相干光束，在其交叠相干处拍摄获得所需全息光栅。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全息光栅的制作装置，其特征在于：所述制作装置包含光源、扩束镜、空间滤波器、平面平晶和用于记录经平面平晶两个光学表面反射形成平行干涉条纹的全息干版；其中，光源、扩束镜、空间滤波器和平面平晶沿光束前进的方向依次共轴排列，平面平晶与光轴形成的夹角可调，用于记录经平面平晶两个光学表面反射形成平行干涉条纹的全息干版位于干涉场。

2.根据权利要求1所述全息光栅的制作装置，其特征在于：所述制作装置还包含凸透镜，凸透镜位于空间滤波器和平面平晶之间，凸透镜与扩束镜的距离是当光束经过凸透镜后形成发散光为宜。

3.根据权利要求1所述全息光栅的制作装置，其特征在于：所述的平面平晶的两个表面夹角小于1°。

4.根据权利要求3所述全息光栅的制作装置，其特征在于：所述的平面平晶为两面不平行度小于一分、平面粗糙度小于1/50波长的平行平晶。

5.根据权利要求1所述全息光栅的制作装置，其特征在于：所述的平面平晶与光轴形成的夹角为20°～80°。

6.根据权利要求1～3任一项所述全息光栅的制作装置，其特征在于：所述的光源为连续波激光器。

7.根据权利要求6所述全息光栅的制作装置，其特征在于：所述的连续波激光器为He-Ne激光器、He-Cd激光器或半导体激光器。

8.根据权利要求1～3任一项所述全息光栅的制作装置，其特征在于：所述的空间滤波器为针孔。

9.根据权利要求8所述全息光栅的制作装置，其特征在于：所述针孔的直径为10～30微米。

10.根据权利要求1～3任一项所述全息光栅的制作装置，其特征在于：所述全息干版为银盐全息干版、光致抗蚀剂或重铬酸盐明胶片。

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