[发明专利]一种衍射效率连续变化的光栅的制备方法

说明书

本发明公开了一种衍射效率连续变化的光栅的制备方法：采用两束光谱波段互相不重叠的第一束光和第二束光，第一束光进行干涉后形成干涉光，第二束光形成空间上有连续光强变化的光；将干涉光与空间上有连续光强变化的光同时照射到光敏材料上，得到衍射效率连续变化的光栅；光敏材料为光固化材料，干涉光使光敏材料固化，空间上有连续光强变化的光抑制光敏材料固化；或光敏材料为光致折射率变化的材料。本发明提供的制备方法直接通过对光敏材料曝光得到，主要针对现有的基于波导光栅耦合器的光学系统的出射光束存在均匀性较差的缺点，可以获得光强均匀的分布的出射光束，从而有效提升光学系统的成像能力和信息传输能力等性能。

技术领域

本发明涉及波导光学衍射元件领域，尤其涉及一种衍射效率连续变化的光栅的制备方法。

技术背景

光栅是指光学参量(如透射率、折射率等)或空间结构分布具有周期性变化的衍射元件。光栅的制备是光栅研究的重要环节，所选用的光学材料包括以下几大类：玻璃材料体系、半导体材料体系、无机晶体材料体系、有机材料体系等。光栅的制备都是围绕这些材料的工艺进行研究。光栅可分为表面刻蚀光栅和体光栅两种。目前，表面刻蚀光栅是通过表面周期性空间微结构对光束进行调制，主要通过用光刻胶光栅掩膜、离子蚀刻或反应离子蚀刻工艺等方法制备。而体光栅是采用感光方法制备的永久性光栅，这种光栅的折射率是呈周期分布的。因此这种光栅主要是通过材料的设计和非结构上的改变实现折射率的调制。目前制作光栅的方法工艺流程复杂，成本较高。

光波导是能将光波束缚在光波长量级尺寸的介质中长距离无辐射损耗的传输的装置，而在光波导结构中引入光栅后，构成的波导光栅耦合器可以利用波导光栅结构实现光在波导中的输入、输出耦合，因此波导光栅耦合器是光波导中最重要的元器件之一。波导光栅耦合器在光互连、集成光学器件、光纤通讯等领域都有着广泛的应用，尤其近年来，随着增强现实技术的快速发展，尤其是对增强现实显示技术的深入研究，波导光栅耦合器的应用领域进一步扩大。

波导光栅耦合器件常常作为光学系统的光束出入耦合元件，光束通过输入耦合器被偏转入射进光波导中，在光波导中通过全内反射传播到出射区域后，光束再次通过输出耦合器偏转而从光波导中出射。因此波导光栅耦合器的性质对整个光学系统的性能都非常重要。

然而现有的基于波导光栅耦合器的光学系统存在出射光束均匀性较差的缺点，主要原因是，传导光束在输出过程中通过波导的多次反射并由光栅依次衍射完成，在耦出光栅区反射次数不一样导致光强损耗不一样，并且目前使用的波导光栅的衍射效率是固定不变的，所以入射出的光强将依次减弱，这会导致出射光束在成像时出现图像的闪烁甚至出现图像的不连续现象，或者影响光载信息的准确性等负面影响。为获得均匀的无间断的光束输出，须优化输出光栅的衍射效率分布，即实现光栅衍射效率的连续变化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种衍射效率连续变化的光栅的制备方法，可以解决基于波导光栅耦合器的光学系统的出射光束存在均匀性较差的缺点，且制备方法简单。

一种衍射效率连续变化的光栅的制备方法，所述制备方法为：采用两束光谱波段互相不重叠的光，分别为第一束光和第二束光；第一束光进行干涉后形成干涉光，第二束光形成空间上有连续光强变化的光；将干涉光与空间上有连续光强变化的光同时照射到光敏材料上，得到衍射效率连续变化的光栅；其中，所述光敏材料为光固化材料，干涉光使光敏材料固化，空间上有连续光强变化的光抑制光敏材料固化。

所述第一束光由激光器出射后，经过分束器得到两束光，这两束光经过反射镜反射后成一定夹角，之后分别经过扩束透镜、滤波针孔和准直透镜后互相干涉形成干涉光，并照射在光敏材料上。

或，所述第一束光由激光器出射后，经过扩束透镜、滤波针孔和准直透镜后，再经过楔形平板形成亮暗干涉条纹照射在光敏材料上。

其中，两束光经过反射镜反射后形成的夹角不超过40度。

或，所述第一束光由点光源出射后，经过菲涅尔双棱镜后形成亮暗干涉条纹照射在光敏材料上。