[发明专利]光纤光学头计算全息成图方法及其装置

说明书

本发明涉及一种计算全息成图方法及装置。

目前的计算全息成图要经过两道微缩过程，而且由于光学系统本身固有的物理性质-衍射效应，最高分辨率只能达到微米级，见U.Krackhardt，"Synthetic Holograms Written by a Lasser pattern Generator"，《Opt.Eng.》，Vol.32，No.4，P781-785，1993（激光图形发生器绘制的合成全息图）。而锥状光纤与膜膜孔阑技术相结合能产生超衍射极限的微小光斑，如美国电话电极公司贝尔实验所用这种小光斑来读取光盘信息，1992年他们得到64纳米的微小光斑，1993年已达到54纳米（吴守强编，“光电子技术新动向-采用激光压缩技术提高存储密度”，《国外产品与技术》No.3，P.3，1993。。但是，这种技术只能适用于非感光材料的测量，不能直接用于计算全息成图。

针对上述在先技术存在的缺点，本发明的任务是提供一种用光纤拉锥产生的超微聚焦光斑直接在感光介质上画出全息图的计算全息成图方法及其装置。

本发明采用以下技术措施实施，利用机械力将光纤拉成锥形，在锥面镀反射或吸收膜，然后用冷加工在锥尖开出膜光阑，光斑从膜光阑出入，使拉锥光纤所产生的超衍射极限光斑直接在感光介质上画出全息图。为此，采用气动调焦技术保证光纤尖端与感光介质表面的最佳距离，并确保感光介质只在需要的地方爆光，其装置如图1所示，它由光学头、气动调焦、微机控制及工作台四部分构成。将拉锥成型，镀有反射吸收膜2，具有膜光阑的光纤5的一端套接在喷咀7中，其尖端9与喷咀平齐或略突出喷咀出口端面，用气密胶8将光纤表面与喷咀固定为光学头，光纤2的另一头套接在Z向压电陶瓷Z-PZT6和固定端3中。压电陶瓷（6）的两端用粘胶4分别固接喷咀（7）和固定端（3），喷咀侧端与膜盒内的气压膜12连通，喷咀另一侧为气源G的入口，触针13一端到用弹簧与气压膜12保持密切接触，另一端与微位移传感器14固定联接，传感器14与放大电器Magnifier入口端联接。A/D转换器的入口端与Magnifier出口端联接，出口端与微机Microcompnter出口端联接，出口端与微机Microcompnter联接，转换器D/A的入口端与压电陶瓷控制器PZT Control联接。X向压电陶瓷X-PZT15、Y向压电陶瓷Y-PZT16及Z向压电陶瓷Z-PZT6分别与压电陶瓷控制器PZT Control的出口端联接。XY水平位置的确定有两种方式，一是移动光学头，这时X-PZT和Y-PZT装在光学头上;二是移动工作台，这时X-PZT和Y-PZT与二维平台11联接。平台上置感光片10。

本发明的优点是，与目前普遍使用的大规模集成电路工艺相比，节省了用于微缩的光学系统，简化了加程序，大大降低了成本，而系统精确度提高了一个数量级。它特别适合于批量小、精度要求高的科研需要，并对光子隧道扫描研究起到积极作用。系统本身还可直接用于精密光学加工、二元光学和光盘存储等领域。

附图说明如下：

附图1  光纤光学头计算全息成图装置原理图。

下面结合附图对本发明作进一步说明如下，光纤拉锥以后，在其锥面镀一层薄薄的反射吸收膜，然后用冷加工方法在锥尖开出大小合适的膜光阑9，将制备好的光纤套入喷嘴7中，锥尖与喷咀平齐或略突出喷咀一点，用气密胶8将光纤表面与喷嘴固定为光学头，光学头固定在压电陶瓷Z-PZT上，Z-PZT控制光学头的垂直运动。经过滤、干燥和稳压后的压缩空气G进入喷嘴后分为两路，一路是工作气流G₂，它射向介质10表面，在喷嘴与表面之间产生一定的气压P_m，将光学头托起;另一路是反馈气流G₁，进入反馈膜盒。如果光学头与介质表面距离发生变化，P_m随着变化，此变化通过反馈气路进入反馈膜盒，使气压膜12变形，推动微位移传感器14的动片。模拟处理放大电路Magnifier接受放大并处理这个信号，再经D/A转换器转换成数字信号给控制微机Microcomputer，它根据反馈值与指定值之差，向Z-PZT发生电压控制信号，使它在适当的方向产生适当的变形，带动光学头回复到正确位置，完成气功调焦过程。系统的全部运行都在微机的控制之下，当向指定区画图时，光学头提升到安全高度，粗调定位单元快速移动，接近目标时，负责精调定位的X-PZT和Y-PZT分别变形一定量，使光学头与目标精确对准，气功调焦单元开始工作，当光学头稳定在指定的Z位置后，适当波长的激光开启，对感光介质曝不光。