[发明专利]一种用于装调或检测光学元件的计算机生成全息元件

说明书

技术领域

本发明属于光学测试领域，尤其涉及一种用于装调或检测光学元件的计算机生成全息（CGH，Computer Generated Hologram）元件。

背景技术

计算全息（CGH）将先进的计算机技术与光全息技术结合起来，可以实现光全息术无法实现或难以实现的某些特殊功能。如光全息术是利用光的干涉原理，借助于参考光将物光的复振幅记录在感光材料上，能够实现这种记录的必要条件之一是物体的真实存在。然而在很多实际应用中理想的“物体”是很难制作成功的，例如，用于检测光学元件加工质量的标准件，用于光学信息处理的各种特殊的空间滤波器，用于数据存储系统的相移器，用于工程设计的复杂模型，等等。但是，用计算全息（CGH）就不难实现了。与光学全息相比，计算全息（CGH）还具有噪声低、重复性高、抗干扰能力强和能提前考虑误差因素的优点。因此，近年来，计算全息（CGH）发展极其迅速，己应用在三维显示、全息干涉计量、空间滤波、光信息存储和激光扫描等诸多方面，随着计算机技术的日趋成熟和普及，计算全息（CGH）越来越受到人们的重视。

计算全息（CGH）最重要和最有价值的应用是用于干涉测试，应用它再现和存储一些特殊形式的现实中无法用光学手段产生的光学参考波面，在干涉测试中可以用来检测一些有特殊位相变化的物体。CGH作为补偿器件，具有补偿波面精度高，占用测试空间尺寸小，易于调校等优势。

点衍射干涉仪可以用于进行高精度检测非球面，其工作时的信息载体为小孔衍射波，入射光会聚点与小孔中心的重合精确度直接影响小孔衍射波面的准确性，因此，对小孔进行精确的中心定位是保证点衍射干涉仪检测精度的重要工作。基于CGH的光学系统可以实现小孔中心定位并为小孔衍射提供工作光束。

本发明设计了一种新的CGH形式，利用其进行装调或检测工作时，具有精度高、操作方便等优点。

发明内容

本发明就是基于CGH在装调和检测中的优势，提供了一种新的CGH元件形式，对应于需要实现的四种功能，该CGH元件具有四个不同的衍射光栅区域，它们分别是透射主全息区域、反射对准全息区域、基准全息区域和投射全息区域。本发明以CGH元件应用于小孔中心定位装置为例，提供了一种用于小孔中心定位并为小孔衍射提供工作光束的CGH元件。除了可用于为小孔进行中心定位和为小孔衍射提供工作光束这两个功能外，本发明提供的CGH元件还可用于装调CGH和装调小孔。

本发明采用的技术方案为：一种用于装调或检测光学元件的计算机生成全息元件，所述用于装调或检测光学元件的计算机生成全息元件包含了一个或多个功能区域，不同功能区域为不同的光栅结构，它们分别是透射主全息、反射对准全息、基准全息和投射全息。所述透射主全息是位相型光栅，而反射对准全息、基准全息、投射全息可以选取位相型光栅或振幅型光栅，所谓位相型光栅是指通过直接改变光波面的位相来实现衍射和干涉的光栅，所谓振幅型光栅是指通过改变不同区域处光波面振幅来实现衍射和干涉的光栅。

所述计算机生成全息元件各区域均由结构呈周期性变化的一个或多个光栅组成；所述计算机生成全息元件的各区域根据实际情况可选取不同的光栅周期、占空比和刻槽位相深度，所谓占空比是指刻槽宽度和条纹周期的比值，所谓刻槽位相深度是由刻槽引起的光线光程改变量，它与基片的折射率和刻槽几何深度相关。所述基准全息一般由相互对称的两部分或多部分组成；所述透射主全息、基准全息和投射全息三个区域的表面覆盖增透射膜，而反射对准全息区域的表面覆盖增反射膜。

所述计算机生成全息元件四个区域处的光栅被使用激光直写等手段刻蚀在基片的同一个表面上，该基片为融石英等具有合适折射率的透明材料；所述计算机生成全息元件四个区域处的光栅之间预留有便于分次曝光的间隙区域；所述计算机生成全息元件四个区域处的光栅面积大小和分布位置受各自使用的衍射级次和现阶段加工、检测水平的影响，四个区域处的光栅在保证检测干涉图观测对比度和小孔中心定位精度的基础上，根据实际情况可以选取不同的衍射级次，选取的光栅面积大小和分布位置需要保证光栅最小周期结构的尺寸能实现加工和检测，现阶段这个尺寸为微米量级。

所述透射主全息将来自于点光源的光线进行衍射，衍射光会聚于小孔中心处，该衍射光是为了实现小孔衍射而输入的工作光束，该会聚点近似为理想艾里斑，艾里斑是指点状物体经过理想成像系统所成的像。

所述反射对准全息将来自于点光源的光线进行反射和衍射，其中一个衍射级次的衍射光线按照原路返回，会聚于点光源处，返回的该衍射光和参考光进行干涉，用于实现CGH元件本身的精确装调。