一种体全息光栅的一步曝光装置及方法
【专利摘要】本发明公开一种体全息光栅的一步曝光装置及方法。该装置的光路为：镭射发射器(1)所发射的一束镭射光由分光器(2)分为三束或多束分光路，并分别通过各分光路的一个或多个反射镜(4)同时对体全息感光物质(5)进行曝光。所述镭射发射器(1)发射波长为λ的镭射光经过所述的多个分光器(2)分为的多束光束形成多束分光路，分别被多个反射镜(4)反射，通过对所述多个反射镜(4)反射角度的调制实现多路光束方向调制，以设定的多个方向同时射入所述体全息感光物质(5)从而使体全息感光物质(5)曝光，在其中形成立体光栅。只需一次曝光过程，所形成体全息光栅可以实现对入射光的波长和衍射角度的特定选择性。
【专利说明】一种体全息光栅的一步曝光装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种体全息光栅的一步曝光方法。
【背景技术】
[0002]按照结构分类，光栅作为一种重要的光学器件，可分为平面光栅和体全息光栅两种，这主要是根据记录在介质中的光栅厚度与记录的干涉条纹间距相比较而言的。当两相干光束在介质内相互作用，形成三维光栅状全息图，便将其称之为体全息光栅。相比而来，体全息光栅制备，理论分析都较平面光栅更加复杂，但由于体全息光栅因衍射效率高、并且对入射角度以及入射光波长由更高高的敏感性，在理论技术制备工艺，感光材料不断发展的条件下已经成为未来应用发展的一个重点。
[0003]体全息光栅的刻写一般使用紫外曝光，即通过两束激光照射并相互干涉以后形成干涉条纹，将感光材料放置在干涉条纹的位置，使得材料特性发生周期性变化，再经过一系列工艺处理，形成折射率永久调制的体全息光栅。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。
[0004]现有的对于体全息光栅进行紫外曝光的方法一般是采用马赫-曾德干涉法，就是将一束紫外激光分成等光强的两束，然后再使两束激光在空间重叠后干涉，从而形成干涉条纹。通过调整两束光的夹角来改变干涉条纹的空间频率，通过调整光栅材料放置的角度来改变光栅主平面法相角度。但是使用这种方法在同一时间只形成一种选择性结构的立体光栅，即形成的光栅仅对一种入射波长和入射角发生高效率的衍射效应。随着新的应用需求以及新曝光材料的研制，体全息光栅技术向着复合光栅，即可同时对多个特定入射角度和波长fly Ψ), (I2, f>2), (I3, f>3) 的光同时发生高效率的衍射作用。一般来说，现有方式多使用分层体全息技术，即制备对不同入射角度和波长发生高效衍射的体光栅并且叠加在一起形成层状结构。或者根据布拉格匹配理论，不断改变相干光束之间的角度，在一个体全息经过多次曝光形成复合型体光栅。以上两种制备方式，都需要多次曝光过程,设计复杂成本较高。
[0005]本发明一种体全息光栅的一步曝光制备方法，即通过多束相干光束在同一时间入射体全息曝光材料，通过对所述入射的多束光线两两之间夹角的调制在所述体全息感光物质中生成不同的立体光栅。同时，在曝光过程中，通过理论控制所形成光栅主平面法线方向f，从而得到特定方向性的立体光栅。本方法在调整光束之间夹角后经过一次曝光便可制备所需的可复用体全息材料，可方便的通过调整少量参数，得到所需的体全息光栅。
【发明内容】
[0006]技术问题:本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种体全息光栅的一步曝光装置及方法。
[0007]技术方案:本发明的一种体全息光栅的一步制备方法所使用特定光路结构主要由一定波长的镭射发射器，以及多个分光器，扩束器以及反射镜组成。设计光路使镭射发射器所发射的特定波长的一束错射光分为三束同时对体全息感光物质进行曝光。
[0008]所述一定波长的错射发射器发射一定波长2的错射光被所述的多个分光器分为多束光束。每束光束随后通过所述扩束器以一定角度入射所述反射镜之后射入体全息感光物质对其进行曝光。
[0009]所述镭射发射器发射一定波长J的镭射光经过所述的多个分光器分为的多束光束被反射镜反射，通过对所述多个反射镜反射角度的调制实现多路光束方向调制，以特定的多个方向同时射入体全息感光物质从而是体全息感光物质曝光，在其中形成立体光栅。所述的射入体全息感光物质的多路光束在空间上多角度射入，不仅限于同一平面。
[0010]所述体全息感光物质中形成的立体光栅B2 > θ3, I, I?)由所述入射体全息感光物质多束光线的两两之间夹角(?, θ2, θ3> 以及所述镭射发射器发射确定波长的镭射光波长I决定，通过对所述入射体全息感光物质多束光线的两两之间夹角(?, Qp Q^f 的调制在所述体全息感光物质中生成不同的立体光栅。同时，在曝光过程中，通过理论控制所形成光栅主平面法线方向1，从而得到特定方向性的立体光栅。
[0011]所述体全息感光物质中生成的不同的立体光栅Q2 ? Q2 >......1, 在曝光定型后，对特定波长(I1Z A2f I3…以及特定入射角度(5?, φζ.? φ3......)具有一定的选择性，即在曝光制作完成后使用过程中，所述全息感光物质中所制成光栅对特定入射角度和波长^1)? {α2? φ2)β (lgi 9?)……的光同时发生特定的衍射作用。
[0012]体全息感光物质中立体光栅θ2> θζ> ,.,,,,Xf I?)的制备应针对应用场景，
即根据所需被衍射的不同波长和入射角(A1, φι), (12, (I3^ V3)......以及所使用的所述镭射光的一定波长I,根据体全息光栅理论推导出对应的制备过程中的多束光线之间的两两夹角Q1 > Q3,,即:
【权利要求】
1.一种体全息光栅的一步曝光装置，其特征在于该装置包括镭射发射器(I)、以及多个分光器(2)、扩束器(3)和反射镜(4);其光路为:错射发射器(I)所发射的一束错射光由分光器(2)分为三束或多束分光路,并分别通过各分光路的一个或多个反射镜(4)同时对体全息感光物质(5)进行曝光。
2.一种如权利要求1所述的体全息光栅的一步曝光装置的曝光方法，其特征在于所述镭射发射器(I)发射波长为λ的镭射光经过所述的多个分光器(2)分为的多束光束形成多束分光路，分别被多个反射镜(4)反射，通过对所述多个反射镜(4)反射角度的调制实现多路光束方向调制，以设定的多个方向同时射入所述体全息感光物质(5)从而使体全息感光物质(5)曝光，在其中形成立体光栅。
3.根据权利要求2所述的体全息光栅的一步曝光装置的曝光方法，其特征在于所述的射入体全息感光物质(5)的多路光束在空间上多角度射入，不仅限于同一平面。
4.根据权利要求2所述的体全息光栅的一步曝光装置的曝光方法，其特征在于所述体全息感光物质(5)中，形成的立体光栅θ2, θ3>.,.,,,2, 由所述入射体全息感光物质(5)的多束光线的两两之间夹角O1, θ2! θ3? 以及所述镭射发射器(I)发射所确定波长的镭射光波长2决定，即符合多束光的干涉规律；通过对所述入射体全息感光物质(5)多束光线的两两之间夹角P1, Q2 ’ ‘ 的调制在所述体全息感光物质(5)中生 成不同的立体光栅；同时，在曝光过程中，通过理论控制所形成光栅主平面法线方向f，从而得到特定方向性的立体光栅。
5.根据权利要求2所述的体全息光栅的一步曝光装置的曝光方法，其特征在于所述体全息感光物质(5)中，生成的多个立体光栅B2t θ3,4在曝光定型后，对特定波长Izi A3......)以及特定入射角度φ2 > φ3.)具有选择性，即在曝光制作完成后使用过程中，所述体全息感光物质(5 )中的立体光棚θ2 ? θ3 ^ ,.,...η)对特定入射角度和波长(I1- ^1)^ (λ2, φ2), (Igi ρ3)的光同时发生衍射作用。
6.根据权利要求4或5所述的体全息光栅的一步曝光装置的曝光方法，其特征在于所述体全息感光物质(5)中，立体光栅B21 θ2>......Af J7)的制备应针对应用场景，即根据所需被衍射的不同波长和入射角(iy (?ζ, φ2), (i3, φ3)……以及所使用的所述镭射光的波长i根据体全息光栅理论推导出对应的制备过程中的多束光线之间的两两
【文档编号】G02B5/18GK104076620SQ201410326863
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月9日 优先权日:2014年7月9日
【发明者】张宇宁, 雷威, 汤勇明, 王保平, 刘奡, 翁一士 申请人:东南大学