[发明专利]一种用于批量制备全息衍射波导的曝光区域计算方法及其应用

说明书

本发明公开了一种用于批量制备全息衍射波导的曝光区域计算方法及其应用，所述方法用于批量制备全息衍射波导的曝光装置的中的全息干板移动控制和曝光区域形状及面积计算，根据曝光参数，计算出入耦合光栅尺寸和波导片尺寸，进一步的在批量制备全息衍射波导的曝光装置通过控制全息干板的移动，包括控制其位移、位移间隔时间和待曝光的区域形状及面积，得到全息干板曝光结束总时长以及总位移的相关控制信号，最后通过控制电机平移台的输入电流信号，基于批量曝光装置，实现全息波导光栅的批量曝光处理。

技术领域

本发明属于全息光学技术，涉及一种制备全息衍射波导的曝光计算方法及其应用。

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。

目前，制备彩色全息波导光栅已存在自动化曝光系统(ZL202010438666.0)然而该方案所涉及的曝光系统只能制备单片全息波导光栅，这对于全息波导光栅的批量生产是远远不够的，因此需要一种能够制备多个光栅的精准自动控制方法及控制装置以提高光栅制备效率，为批量化生产体全息光栅提供保障。

发明内容：

发明目的：针对现有技术自动化曝光系统中对于控制技术的不足，本发明的第一目的是提供制备全息衍射波导的曝光区域计算方法，用于调节在电控平台下全息干板的曝光区域，基于曝光装置，以控制单元进行计算输出控制信号，本发明的第二目的是提供一种批量制备全息衍射波导的曝光应用方法。

技术方案：一种制备全息衍射波导的曝光计算方法，该方法通过全息波导成像原理来计算入耦合光栅和出耦合光栅的形状面积以及相对位置关系，得到所需曝光的光斑，该方法包括如下步骤：

(1)确定曝光参数，包括光栅衍射效率、光栅组数、光束强度、全息干板尺寸、全息波导成像视场角、微像源光机出瞳、全息波导出瞳尺寸、出瞳距离、平板波导的折射率；

(2)根据曝光参数，计算出入耦合光栅尺寸和波导片尺寸，计算过程如下：

(21)全息波导成像视场角FOV、微像源光机出瞳为P_in、入耦合光栅尺寸为i_x×i_y、平板波导厚度为d、光线传播角度为θ，光栅倾角为ξ、平板波导的折射率为λ，x方向上边缘FOV光线在波导中的最小传播角度θ_min计算公式如下：

(22)记出耦合光栅尺寸为O_x×O_y、出瞳为P_out、出入耦合光栅间距为P，入耦合光栅宽度i_y，竖直方向上的出瞳yP_out与出入耦合光栅间距P满足以下公式：

yFOV表示竖直方向的成像视场角；

出耦合光栅长度O_x，O_y满足以下公式：