[发明专利]制作全息光栅的方法和设备

说明书

本发明涉及全息光栅，它一般定义为具有由全息照相法或由记录干涉条纹产生的细纹图形的衍射光栅，上述干涉条纹是在覆在光栅衬底上的光敏材料上的两束相干光束形成的，本发明还涉及安装有上述全息光栅的光学仪器。

从发展全息光栅以来，对细纹图形的形成已提出许多改进方法。在使用凹面光栅的光谱仪领域中，已提出一些极好的图形以避免由凹面光栅造成的象差。然而，通常的制造细纹图形的技术是基于使用两束球面传播共点光束之上的。它必然导致在光栅衬底上形成具有旋转双曲面的交叉轨迹，由于垂直方向的象差，高级象差没有得到进一步补偿，因为基于双曲图形之上的传统技术应直接消除如球形或慧形这样的初级象差。

考虑到具有等间距平行线的平面光栅。它没有自身的象差，但是在用在光谱仪中，其中准直仪器和测距仪大多为凹面镜，这些固定在离轴状态的凹面镜会引起象差。为了克服系统象差，开始应用具有非直线和/或非等间距的细纹图形的全息照相。然而，使用共点球面光束的传统技术不能有效地消除上述象差。

如前所述，在由全息照相在光栅衬底上形成细纹图形的过程中，应用了球面发散光束，它在聚会时不具有象散性。相反，本发明提出，在上述过程中，在用于记录图形的两束相干光中的至少一束中，使用象散相干光束，它在由光栅中心和光束主光线路径确定的平面内和垂直于上述平面的平面内具有两个不同的焦点。通过由凸面镜，透镜，衍射光等组成的光学系统能产生象散光束，例如，通过在其有由旋转椭球确定的凹面的反射镜反射共点球面光束而得到这种象散光束。

换句话说，本发明的全息光栅的特色为具有由两束互相可干涉的光束（以后记为记录光）的分界条纹而形成的细纹图形，其中任一束或两束记录光是在主光径方向上的垂直和水平平面内具有两个不同的焦点的象散光束。

本发明中所定义的象散光束将参考附图A作进一步解释，其图A中点光源（1a）发射由主光束确定的等角球面光束（共点光束）（2a），经凹面镜（3a）反射后，光束转换成象散光束，它的弧矢光线（4a）聚焦在弧矢（垂直的）焦点（记为），而子午光线（5a）聚焦在子午（水平的）聚点（记为），其中这两个焦点在反射的主光路径（6a）上分离或互不重合。

选择何种象散光束用于一或两束记录光之中，进一步确定在垂直和水平平面中引入多大的焦点差是根据设计中的要制造成的目标光栅的所需极限特性进行选择的。然而，本发明的各实施方案所具有的特色是，因为使用象散记录光，在设计细纹图形中的技术参数丰富了并增加了选择的能力以克服未被补偿的象差的程度。

也就是说，具有等角球面波前的共点先由两个参数确定，即，从点源到光栅衬底的距离和点光源对光栅衬底的入射角。相比之下，象散光束对于水平（子干）和垂直（弧矢）方向有双轴聚焦性质，可适合于补偿光学仪器中的垂直方向上的象差。实际上，象散光束是靠球面镜离轴反射而得到的，并根据点光源至反射镜的距离反射镜至光栅衬底的距离，点光源到反射镜的入射角，点光源到光栅衬底的入射角及反射镜的曲率等参数所确定的。利用这些新增加的参数可以补偿光学仪器高阶残存象差。

基发明将根据附图加以说明，本发明更进一步的目的和它的优点将在后面的说明中清楚地体现。

在附图中：

图1显示了在本发明中如何产生象散光束。图1显示了用于记录细纹图形于光栅衬底之上的传统的平面图。

图2显示了用于将细纹图形记录在光栅衬底上的本发明的系统的平面图。

图3显示了用于将细纹图形记录在光栅衬底上的另一发明系统的平面图。

图4描述了光谱仪中的光通道，显示了包括光栅、入射光，和光谱的有效轨迹的位置的安排。

图5描述了使用本发明光栅与传统光栅的相比较的消除象差的结果。

图6显示了安装本发明的光栅的光谱仪的平面图。

图7显示了用于在光栅衬底上记录细纹图形的又一发明的系统的平面图。

图8显示了用于在光栅衬底上记录细纹图形的另一发明的系统的平面图。

图9和图10显示了装有发明的光栅的光谱仪的平面图。

图11显示了用于在光栅衬底上记录细纹图形的另一发明的系统的平面图。

图12描述了关于发明的光栅与传统的光栅消除象差对比试验的其它结果。

图13显示了用于在光栅衬底上记录细纹图形的另一发明的系统的平面图。

图14显示了安装发明的光栅的光谱仪的平面图。

为方便描述起见，将这些图分组。具体地，图1、2、3、4和5是第一组，图6和7为第二组，图8、9、10、11和12为第三组，图13和图14为第四组。