[发明专利]一种点阵投射器装置及其制备方法

说明书

本发明关于一种点阵投射器装置及其制备方法，涉及达曼光栅技术领域。包括：提出一种复合达曼光栅结构，将两个二维正交达曼光栅相位相叠加形成一个双周期复合达曼光栅；基于matlab依据标量衍射理论对双周期达曼光栅进行的光学仿真，得到衍射点阵图；利用衍射点阵图，采用DMD投影光刻制备复合达曼光栅器件；复合达曼光栅性能检测：通过成像实验评估所制备的双周期复合达曼光栅的远场光学响应和多光束质量。本发明双周期复合达曼光栅的特征尺寸和两个周期中周期较小的达曼光栅特征尺寸一致，在提供大视场点阵的情况下不会增加制作难度，且双周期复合达曼光栅是一个器件，相较于耦合达曼光栅，衍射效率有了大大的提升。

技术领域

本发明涉及达曼光栅技术领域，具体为一种点阵投射器装置及其制备方法。

背景技术

达曼光栅是一种典型的二元光学元件(Bianryopticalelements，BOE)，通过二元光学位相变化点的横向位置的调制来实现激光远场多级谱点等强度的光点阵列。达曼光栅作为一种可以产生均匀点阵的二元相位型光学器件，属于Fraunhofer型器件，其设计过程基于Fraunhofer衍射原理，如图1所示：单位振幅的平面光入射到达曼光栅上，入射光被衍射并分成多个平行光束，在由凸透镜聚焦之后，在透镜的后焦面上形成均匀分布的光斑阵列。后焦场点阵是入射光的傅立叶变换光谱，每一级光斑均具有相同的强度。

随着激光器的问世给光刻工艺提供了合适的光源，以及二元光学元件的最小线宽达到微米甚至亚微米量级，达曼光栅通常由微电子光刻工艺来制备。其制备工艺主要包括匀胶、曝光、显影和刻蚀等工艺步骤。达曼光栅往往特指具有二个位相台阶的二元光学元件，由于二台阶结构，一般只需采用一个掩模版经过单次光刻工艺就可以加工出来。

基于二维达曼光栅的三维轮廓测量技术基本原理是利用三角原理计算出物体表面每个激光点的三维坐标。其中产生达曼激光点阵的点阵投射器的核心光学元件是一片达曼光栅，通常此点阵投射器需要产生密集点阵比如传统达曼光栅产生64×64密集激光阵列、耦合达曼光栅(coupledDammann gratings)产生192×192达曼光栅。周常河曾给出传统达曼光栅的2到32的全部数值解，包括64分束的数值解，使64×64传统达曼光栅的制作有所依据，但因为64×64达曼光栅的转折点在半个周期内高达34个和其特征尺寸仅有0.005，其复杂且细微的结构使得在制作上有一定的难度，尤其因为光栅方程d·Sinθ＝kλ可推出，想要在大视场上进行三维测量上，需要光栅周期足够的小，故进一步增加了制作难度。传统达曼光栅由于其设计和制作难度大的问题，难以产生比100×100更密集的光斑阵列，然而可以通过耦合达曼光栅得出更加密集的点阵，比如192×192耦合达曼光栅通过一个特殊设计的3×3达曼光栅和一个64×64达曼光栅耦合到一起，一束光通过耦合达曼光栅可以分散为192×192点阵。但其因为整体结构使用了两片达曼光栅，导致其制作工艺的难度提升和整个器件体积大增大。并且由于入射光接连通过了两片达曼光栅，衍射效率急剧下降。

因此，针对上述问题，本领域技术人员急需提供一种点阵投射器装置及其制备方法。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种点阵投射器装置及其制备方法，通过将两个传统二维达曼光栅同相位叠加原理进行相位叠加形成一种双周期复合达曼光栅，复合达曼光栅的产生的点阵是两个不同周期点阵的卷积，可以形成密集点阵。双周期复合达曼光栅的特征尺寸和两个周期中周期较小的达曼光栅特征尺寸一致，在提供大视场点阵的情况下不会增加制作难度。因为双周期复合达曼光栅是一个器件，相较于耦合达曼光栅，衍射效率有了大大的提升。

为达上述目的，本发明提供了一种点阵投射器装置的制备方法，包括如下步骤：

S1，提出一种复合达曼光栅结构，将两个二维正交达曼光栅相位相叠加形成一个双周期复合达曼光栅；

S2，基于matlab依据标量衍射理论对双周期达曼光栅进行的光学仿真，得到衍射点阵图；

S3，利用衍射点阵图，采用DMD投影光刻制备复合达曼光栅器件；