[发明专利]一种制作反射式体布拉格光栅的全息曝光光路系统及其写入方法

权利要求书

1.一种制作反射式体布拉格光栅的全息曝光光路系统，其特征在于：包括激光干涉光路和条纹锁定系统，激光器(1)发出的相干光通过分束镜(2)分为反射光和透射光，在反射光路上依次设置有反射镜(3)、第一光阑(4)、第一空间滤波器(5)、第一准直透镜(6)；在透射光路上依次设置有第二光阑(7)、第二空间滤波器(8)和第二准直透镜(9)，最后反射光和透射光对称入射至基片框(10)上，所述基片框(10)上设置有待写入的反射式体布拉格光栅(11)和用作条纹锁定的自制面光栅(12)。

2.根据权利要求1所述的一种制作反射式体布拉格光栅的全息曝光光路系统，其特征在于：所述条纹锁定系统包括设置在所述反射式体布拉格光栅(11)上方的自制面光栅(12)，自制面光栅(12)是由涂覆光刻胶的玻璃基片制成，在同一干涉光路下曝光显影完成后制成的光刻胶掩模光栅，放回原光路，基片框(10)后方体现出自制面光栅和光场光栅形成的莫尔干涉条纹相位变化实现条纹锁定功能。

3.根据权利要求1所述的一种制作反射式体布拉格光栅的全息曝光光路系统，其特征在于：所述基片框(10)的后方设置有光屏(13)，所述基片框(10)的前方设置有相机(14)和计算机(15)。

4.根据权利要求1所述的一种制作反射式体布拉格光栅的全息曝光光路系统，其特征在于：所述反射镜(3)、第一光阑(4)、第一空间滤波器(5)和第一准直透镜(6)设置在光学平板(16)上，所述光学平板(16)下方设置有电动转台(17)，所述第二光阑(7)、第二空间滤波器(8)和第二准直透镜(9)采用同样的光学平板和电动转台设计，所述基片框(10)设置在线性电动位移台(18)上。

5.根据权利要求1所述的一种制作反射式体布拉格光栅的全息曝光光路系统，其特征在于：所述分束镜(2)和反射镜(3)之间设置有可调衰减片(19)，用于改变光功率，提升干涉条纹对比度。

6.根据权利要求1所述的一种制作反射式体布拉格光栅的全息曝光光路系统，其特征在于：所述反射镜(3)的一侧设置有压电陶瓷(20)，用于条纹锁定的实现。

7.根据权利要求1所述的一种制作反射式体布拉格光栅的全息曝光光路系统，其特征在于：所述第一空间滤波器(5)和第二空间滤波器(8)结构相同，均由显微物镜和针孔滤波器组成，且针孔滤波器的孔径为微米级，有效滤除杂散光，提升光束质量。

8.根据权利要求1所述的一种制作反射式体布拉格光栅的全息曝光光路系统，其特征在于：所述第一准直透镜(6)和第二准直透镜(9)均为单片非球面透镜，用于提升光束质量，减少像差。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的制作反射式体布拉格光栅的全息曝光光路系统的写入方法，其特征在于，包括如下步骤：

(a)根据所需反射式体布拉格光栅的尺寸，计算透射曝光面尺寸和反射体布拉格光栅通光尺寸，加工出合适尺寸的光敏玻璃基片，用于制备反射式体布拉格光栅；

(b)将光敏玻璃基片的前表面和后表面均抛光，并放置于基片框(10)的下半部分，基片框(10)的上半部分放置自制面光栅用作条纹锁定；

(c)激光器(1)发出的相干光通过上述全息曝光光路系统后，形成的两激光干涉光束以角度θ相交于光敏玻璃基片的前表面，其中两激光干涉光束相对于光敏玻璃基片的前表面对称且干涉条纹的方向垂直于厚度方向；

(d)微调自制面光栅，在后方光屏上可观察到干涉条纹，该干涉条纹为自制面光栅和光场光栅形成的莫尔条纹，莫尔条纹的相位变化反应了光场干涉光束的相位差值，相机(14)将拍摄的莫尔条纹传至计算机(15)中，通过驱动反射镜(3)偏转，即可改变光路中干涉光束的相位差，通过锁定莫尔条纹的相位即可保证干涉光束的稳定性；

(e)曝光和热处理完成后，光栅内部析晶颗粒形成的栅线处折射率调制度产生变化，再将光敏玻璃基片的厚度方向两个面抛光，此时栅线存在于光敏玻璃基片的内部，且栅线面与入射光垂直，即为制备出的反射式体布拉格光栅。

10.根据权利要求9所述的一种制作反射式体布拉格光栅的全息曝光光路系统，其特征在于：上述第(b)步中自制面光栅的过程为，自制面光栅由涂敷光刻胶的玻璃基片制成，在同一干涉光路下曝光，曝光显影完成后制成光刻胶掩模光栅，放回原光路。