[发明专利]一种制作全息光栅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种衍射光学元件的制备方法，具体涉及在有像差大尺寸光学基底上制备低衍射波像差的全息光栅。

背景技术

大尺寸一维平面衍射光栅是许多大型高科技工程项目的关键元件。为满足激光惯性约束核聚变系统对激光能量技术指标的要求，衍射光栅必须做到大尺寸、低衍射像差。光栅制作系统通常由全息光学系统和记录基底两部分构成，全息光学系统用于产生全息记录干涉光场，记录基底上则涂有感光材料，通过干涉形成的干涉条纹被感光材料记录，再通过后处理获得衍射光栅。全息技术是制造大尺寸衍射光栅的十分重要技术手段，而全息光栅的衍射波像差主要由全息记录光学系统像差和光栅基底的面形决定。

目前加工大尺寸低像差光栅基底十分困难，对于尺寸达到300mm以上的光栅基底尤其如此。对需要镀多层介质膜的光学基底，镀膜后基底像差易进一步恶化，给制作低衍射波像差全息光栅带来很大困难。在现有光学基片加工、镀膜以及全息光学记录等工艺环节的技术水平下，要制造米级尺度光栅，并实现其衍射波像差指标低于0.1波长非常困难。

发明内容

本发明目的是提供一种在有像差光栅基底上完成低衍射波像差全息光栅制作的方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

按附图1构建全息光学记录系统。由一平行光记录光束和另一波面可调的平行光记录光束组成全息干涉记录光场，在有像差光栅基底上进行全息记录，获得低衍射波像差全息光栅。其中波面可调的平行光记录光束是通过在光路中置入一变形镜实现。制作过程包括以下步骤：

(1)用干涉仪检测全息光栅基底的面形，获取全息光栅基底的像差分布数据；在此有像差的大尺寸全息光栅基底上涂布光刻胶，制成全息记录基板。

(2)根据全息光栅基底像差分布数据，由全息光栅衍射波像差计算公式，求出使光栅衍射波像差为零时，所需要的全息记录干涉光场波面数据，并求出可调平行光的波面数据，以及变形镜的目标面形数据。

(3)为得到步骤(2)所确定的变形镜的目标面形，调节变形镜控制器，并用干涉仪对变形镜的面形进行实时检测，当检测到的变形镜面形数据与步骤(2)所确定的变形镜的目标面形相一致时，调节过程完毕。此时亦得到了所需的全息记录干涉光场。所述变形镜、变形镜控制器与干涉仪三者之间构成全息记录干涉光场的闭环控制和检测系统，是实现波面可调的平行光记录光束以及实现可控全息干涉记录光场的技术手段。

(4)利用经过上述变形镜调整后获得的全息记录干涉光场对全息记录基板实施全息曝光，经显影，完成低衍射波像差全息光栅的制作。

上述方法基于的工作原理是：

全息光栅的衍射波像差产生于光栅制作系统。光栅制作系统由产生全息记录干涉光场的全息光学系统以及光栅基底两部分组成，光栅的衍射波像差包含了全息光学系统的像差以及记录基底的像差，是二者综合的结果。光栅衍射波像差W的数学表达式可表示为：

W＝f(w₁，w₂)    (1)

其中w₂为光栅基底的像差，w₁为全息光学记录系统的像差，是全息记录干涉光场波面的表征。w₁由两束记录光束的波面确定，其可以表示为：

其中为记录光束1的波面，为记录光束2的波面。

公式(1)表明：当w₂不为零时，可以通过改变w₁，使W趋于零。

像差补偿原理如下：

波像差为零的两束平行光波相干涉将形成平行的等间距直条纹，由此记录的光栅栅线平行且等间距；当用有波像差的干涉光波进行全息记录时，制作出的光栅栅线将发生弯曲，栅线将产生横向位移(如附图3所示)，横向位移量OE(设为x)正比于记录光波的波像差。设此有像差记录基底的面形为h(图A所示h＝BE)，平行光RR’以α角由空气入射至该光栅，衍射角为β的反射衍射光SS’的与入射光相比对应产生的光程差为：

Δl＝AB-BC

(2)

相应的衍射波像差为：

W=Δlλ]]>

λ为检测波长。入射角α与衍射角β之间满足光栅方程：

d·(sinα+sinβ)＝mλ