[发明专利]一种用于制备彩色全息波导光栅的自动化曝光系统

说明书

本发明公开了一种用于制备彩色全息波导光栅的自动化曝光系统，所述自动化曝光系统包括曝光参数输入模块，曝光角度、曝光位置计算模块，以及激光光源、准直扩束装置、光束曝光角度调控装置、曝光位置调控装置及干板夹具等光路模块，所述系统可计算并电控调节曝光光束干涉角度、全息干板曝光位置等，实现自动化制备彩色全息波导光栅的效果。

技术领域

本发明属于全息光学技术，具体涉及一种全息干涉曝光技术，尤其涉及一种用于制备彩色全息波导光栅的自动化曝光系统。

背景技术

体全息光栅是利用全息干涉技术制备的一种衍射光栅，该光栅是通过激光器发出的两束相干激光光束，在感光材料内部形成明暗相间的干涉条纹，使得感光材料的折射率分布根据明暗条纹发生变化，在干涉曝光过程中，明条纹区域内的折射率升高，而暗条纹区域内的折射率下降，最终材料内部形成一种折射率调制光栅，明条纹和暗条纹区域的折射率差即为体全息光栅的折射率调制度，其决定了制备光栅的衍射效率、衍射带宽等光学衍射性能。

相比于传统的刻划光栅，体全息光栅有着杂散光少，+1级衍射效率高，波长及角度选择性好等诸多优势，所以全息体光栅在很多领域都在逐步取代传统的刻划光栅。根据再现光束的衍射方向和光栅矢量方向，可以将该光栅分为反射型体全息光栅和透射型体全息光栅，透射型体全息光栅被广泛应用于高分辨光谱仪中的分光器件、太阳能采集器、光通信等领域；而反射型体全息光栅相较于透射型体全息光栅，具有更大的衍射角度响应带宽，更窄的衍射波长响应带宽(色散更低)，主要应用于全息波导显示领域。

在全息波导显示领域实际应用中，体全息光栅作为全息光学耦合器件，用于将带有图像信息的光束耦合进入波导传播，再将光束耦合进入人眼的作用。全息波导光栅的光栅周期为百纳米尺度，且输入和输出光栅的光栅参数要严格对称，因此对全息波导光栅的制备工艺精度有极高的要求。目前，制备彩色体全息光栅的传统工艺是用手工搭建光路调整记录光曝光角度，这种方法的精确度和一致性难以保证。同时，制备不同参数的体全息光栅需要搭建不同的曝光光路调整记录光角度，大大增加了制备时间和难度。因此，如何快速调整曝光光路实现一致性高、重复性好、精准度高的体全息光栅制备装置是如今体全息技术中的一个重点研究方向。

发明内容

发明目的：为提高波导光栅的制备效率和精确度，提高生产效率，缩短工艺时间，本发明提出一种用于制备彩色体全息光栅的自动化曝光系统。

技术方案：一种用于制备彩色全息波导光栅的自动化曝光系统，通过输入物光和参考光与体光光栅夹角，计算反射镜的偏转角度和曝光点的位置，进而控制机械装置自动化调节体光栅的位置与曝光光路，满足不同设计参数下的体全息光栅曝光光路精度，所述系统包括光栅参数设置模块，曝光角度计算模块，曝光位置计算模块，电控驱动控制模块和干涉曝光系统；

所述光栅参数设置模块用于设置光栅曝光参数，包括设置再现光入射和衍射角度、记录光波长、记录光光强和曝光时间；

所述曝光角度计算模块基于K矢量圆、布拉格衍射定理，根据光栅参数、记录光波长和光栅曝光参数计算得到参考光和物光的干涉角度；

所述曝光位置计算模块用于根据两束记录光干涉角度、曝光平台上物光和参考光光路的相对位置关系计算得到全息干板的曝光位置；

所述电控驱动控制模块根据记录光干涉角度、全息干板曝光位置，由计算机向驱动控制器输入数字控制信号，驱动控制器对电控旋转台、电控平移台输入电流信号，用于控制电控旋转台旋转角度、控制电控平移台的位移距离；

所述干涉曝光系统包括单纵模激光器、电控快门、分光扩束准直光学系统、电控记录光曝光角度调控装置、电控曝光位置调控装置。