[发明专利]采用外差式干涉条纹锁定控制的全息光栅曝光方法

说明书

技术领域

本发明涉及光谱技术领域，具体涉及的采用外差式干涉条纹锁定控制的全息光栅曝光方法。

背景技术

全息光栅是一种重要的光学元件，全息光栅的曝光过程是全息光栅制作过程中最为重要的工艺环节之一。现有的全息光栅曝光装置，如图1所示，包括光源激光器1、第一分光片4、第二平面反射镜5、第三平面反射镜6、第一扩束镜15、第二扩束镜16、干涉场17。光源激光通过第一分光片4，两束光束经过第二平面反射镜5和第三平面反射镜6后，变为第一束记录光7和第二束记录光8，两束光分别经过第一扩束镜15和第二扩束镜16后，交汇区域为干涉场17；在全息光栅的曝光过程中，由于光具台和光学器件的振动、空气流动、温度波动等因素会导致干涉条纹相对于光栅基底发生相位移动。特别是在长时间曝光的情况下，将造成光栅槽型的对比度下降，若相位漂移量过大，光栅基底将无法记录干涉条纹。外差法是一种干涉测量方法，其测量信号中包含载波和被测量项，通过信号解调即可获得被测量项，与零差法相比，外差法测量克服了直流漂移问题，抗干扰能力强，测量精度高。

与本发明专利接近的已有技术是中国专利号为ZL 200610039967.6，发明名称为《用控制装置稳定全息干涉条纹的方法及装置》，该方法中利用线阵CCD采集干涉条纹图像信息并传送给控制装置，控制装置计算条纹漂移量，控制与反射镜连接在一起的压电陶瓷移动进行相位补偿。这种方法直接对干涉条纹进行检测，可以有效稳定曝光区域的干涉条纹，但由于线阵CCD的响应速度较慢，对干涉条纹的缓慢漂移抑制效果较好，对较高频率的条纹抖动抑制效果有限。为提高对高频条纹抖动的抑制效果，提出采用外差式干涉条纹锁定控制的全息光栅曝光方法。

发明内容

本发明为解决现有技术中采用线阵CCD实现全息光栅曝光方法中存在由于线阵CCD的响应速度较慢，导致对较高频率的条纹抖动抑制效果差的问题，提供一种采用外差式干涉条纹锁定控制的全息光栅曝光方法。

步骤一、在全息光栅曝光装置中配置外差式干涉条纹锁定控制装置，光源激光器发出的激光经第一定频声光调制器后的零级衍射光经第一分光片后形成第一束记录光和第二束记录光；所述第一束记录光进入声光移频器后的出射光束为移频干涉光束，所述移频干涉光束经过第二分光片和第四分光片进入第一相位测量接收器；第二束记录光进入第二定频声光调制器后的出射光束为定频干涉光束，所述定频干涉光束经过第三分光片和第五分光片进入第二相位测量接收器；经第一定频声光调制器出射的一级衍射光作为相干光束相位测量的参考光束，所述一级衍射光经过第一平面反射镜、第四平面反射镜、第六分光片后，透射光束经第五分光片进入第二相位测量接收器；反射光束经第五平面反射镜和第四分光片进入第一相位测量接收器；

步骤二、通过人机交互界面设定移频干涉光束和定频干涉光束之间的目标相位差，所述第一相位测量接收器和第二相位测量接收器分别接收差频光信号并进行光电信号转换，转换后的电信号传入控制系统，所述控制系统获得移频干涉光束和定频干涉光束之间的相位差；

步骤三、根据步骤二获得的相位差与设定的目标相位差比较，控制声光移频器的驱动频率，调整移频干涉光束的频率，实现干涉条纹的闭环锁定，然后将光栅基底放置在干涉条纹锁定后的干涉场中进行曝光。

本发明工作原理：本发明所述的声光器件可以改变入射光的频率，入射光经过声光器件即声光移频器9内部后将发生衍射，出射的0级光保持入射光的频率，出射的1级衍射光将在入射光的频率f₀基础上增加一个频率Δf。设第一定频声光调制器2出射的一级衍射光频率为f₁，其波动方程为：

第二定频声光调制器10出射的定频干涉光束12的频率为f₂，声光移频器9后出射的移频干涉光束11的频率为f₃，两束相干光束的波动方程用公式表示为：

第一相位测量接收器23输入的光束强度I_r为：I_r＝(E₁+E₂)²；其中的交流分量i_r为：第二相位测量接收器24输入的光束强度I_o为：I_o＝(E₁+E₃)²，其中的交流分量i_o为：