[发明专利]一种二维平面全息光栅曝光方法

摘要

本申请涉及全息光栅制作的技术领域，具体公开一种二维平面全息光栅曝光方法，包括步骤一，配备分振幅型小口径二维平面全息光栅曝光装置；步骤二，配备具有激光干涉仪的二维运动工作台；步骤三，配备外差式二维干涉图样相位锁定装置；步骤四，在光栅基底预设位放置光栅基底，移动二维运动工作台，使光栅基底需要曝光的位置运动到二维干涉图样的下方进行曝光。该方法可在光栅基底任意位置进行不小于干涉图样口径的一维或二维形貌扫描曝光，且所制作的光栅面积仅与工作台行程相关，无需大口径光学元件，特别适于大面积二维平面全息光栅的曝光。

主权项

1.一种二维平面全息光栅曝光方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤一，配备分振幅型小口径二维平面全息光栅曝光装置，包括用于发射光源激光(1)的激光器、二分之一波片(2)、偏振分束棱镜(9)、反射镜VI(12)、第一分束棱镜(13)、第一平面反射镜(16)、第二平面反射镜(23)、第一滤波准直系统(17)、第二滤波准直系统(24)、第二分束棱镜(28)、第三平面反射镜(31)、第四平面反射镜(38)、第三滤波准直系统(32)和第四滤波准直系统(39)；光源激光(1)经过二分之一波片(2)，进入偏振分束棱镜(9)，经偏振分束棱镜(9)分束后，形成偏振方向正交、传播方向正交的第一主光束(10)和第二主光束(11)；第一主光束(10)经由反射镜VI(12)入射到第一分束棱镜(13)，分束后形成XOZ平面的光束I和光束II；光束I经过第一平面反射镜(16)和第一滤波准直系统(17)，光束II经过第二平面反射镜(23)和第二滤波准直系统(24)，分别形成毫米级口径的准直光束，两束准直光束干涉，在XOY平面形成沿X方向分布的干涉条纹；第二主光束(11)入射到第二分束棱镜(28)后，分束后形成YOZ平面的光束III和光束IV；光束III经过第三平面反射镜(31)和第三滤波准直系统(32)，光束IV经过第四平面反射镜(38)和第四滤波准直系统(39)，分别形成毫米级口径的准直光束，两束准直光束干涉，在XOY平面形成沿Y方向分布的干涉条纹；调节二分之一波片(2)、偏振分束棱镜(9)、反射镜VI(12)、第一分束棱镜(13)、第一平面反射镜(16)、第二平面反射镜(23)、第一滤波准直系统(17)、第二滤波准直系统(24)、第二分束棱镜(28)、第三平面反射镜(31)、第四平面反射镜(38)、第三滤波准直系统(32)和第四滤波准直系统(39)的位置，至X方向分布的干涉条纹与Y方向分布的干涉条纹叠加，形成正交的二维干涉图样(44)；步骤二，配备具有激光干涉仪的二维运动工作台(46)，二维运动工作台(46)位于XOY平面，二维干涉图样(44)的正下方，二维运动工作台(46)上，沿着X轴方向设置有用于测量二维运动工作台(46)X方向位移的X轴位移测量镜(47)，沿着Y轴方向设置有用于测量二维运动工作台(46)Y方向位移的Y轴位移测量镜(49)，沿着Z轴方向设置有光栅基底预设位；所述X轴位移测量镜(47)连接有X轴位移测量干涉计(48)；所述Y轴位移测量镜(49)连接有Y轴位移测量干涉计(50)；二维运动工作台(46)的行程与待曝光的光栅面积相关，满足使二维干涉图样(44)涵盖光栅基底(45)的所有位置；步骤三，配备外差式二维干涉图样相位锁定装置，将第一定频声光调制器(3)置于二分之一波片(2)之后的主光路中，调节第一定频声光调制器(3)的方向，使出射的零级光(4)方向不变，沿主光路方向传播，出射的一级光(5)可以入射到外差相位测量模块(43)；所述外差相位测量模块(43)包括第三分束棱镜(431)、反射镜I(432)、反射镜II(433)、由三个半反半透面制成的多合一分束棱镜(434)、第一检偏器(435)、第一接收器(436)、第二检偏器(438)、第二接收器(439)、第三检偏器(4311)、第三接收器(4312)、第四检偏器(4314)和第四接收器(4315)；在第一分束棱镜(13)和第一平面反射镜(16)之间的光路上放置第一移频声光调制器(14)，遮挡第一移频声光调制器(14)出射的零级光，调整第一移频声光调制器(14)的方向，使出射的一级光方向不变作为XOZ平面左臂光束(15)；在第一滤波准直系统(17)后的光路上放置第一分光片(18)，将由第一滤波准直系统(17)获得的准直光束分光，形成第一曝光光束(19)和第一测量光束(20)，第一曝光光束(19)方向不变以入射到光栅基底(45)，第一测量光束(20)进入外差相位测量模块(43)；在第一分束棱镜(13)和第二平面反射镜(23)之间的光路上放置第二定频声光调制器(21)，遮挡第二定频声光调制器(21)出射的零级光，调整第二定频声光调制器(21)的方向，使出射的一级光方向不变作为XOZ平面右臂光束(22)；在第二滤波准直系统(24)后的光路上放置第二分光片(25)，将由第二滤波准直系统(24)获得的准直光束分光，形成第二曝光光束(26)和第二测量光束(27)，第二曝光光束(26)方向不变以入射到光栅基底(45)，第二曝光光束(26)进入外差相位测量模块(43)；在第二分束棱镜(28)和第三平面反射镜(31)之间的光路上放置第二移频声光调制器(29)，遮挡第二移频声光调制器(29)出射的零级光，调整第二移频声光调制器(29)的方向，使出射的一级光方向不变作为YOZ平面左臂光束(30)；在第三滤波准直系统(32)后的光路上放置第三分光片(33)，将由第三滤波准直系统(32)获得的准直光束分光，形成第三曝光光束(34)和第三测量光束(35)，第三曝光光束(34)方向不变以入射到光栅基底(45)，第三测量光束(35)进入外差相位测量模块(43)；在第二分束棱镜(28)和第四平面反射镜(38)之间的光路上放置第三定频声光调制器(36)，遮挡第三定频声光调制器(36)出射的零级光，调整第三定频声光调制器(36)的方向，使出射的一级光方向不变作为YOZ平面右臂光束(37)；在第四滤波准直系统(39)后的光路上放置第四分光片(40)，将由第四滤波准直系统(39)获得的准直光束分光，形成第四曝光光束(41)和第四测量光束(42)，第四曝光光束(41)方向不变以入射到光栅基底(45)，第四测量光束(42)进入外差相位测量模块(43)；所述一级光(5)经过第三分束棱镜(431)分束后，两束光束分别通过反射镜I(432)和反射镜II(433)进入多合一分束棱镜(434)，分束后形成四束外差相位测量参考光；所述第一测量光束(20)、第二测量光束(27)、第三测量光束(35)和第四测量光束(41)分别进入多合一分束棱镜(434)，经过多合一分束棱镜(434)分束与合束，分别与四束外差相位测量参考光共路形成拍频信号；所述第一检偏器(435)用于对第一测量光束(20)对应的拍频信号检偏；所述第一接收器(436)用于接收经过第一检偏器(435)检偏的拍频信号，并将拍频信号转化为第一相位测量电信号(437)；所述第二检偏器(438)用于对第二测量光束(27)对应的拍频信号检偏；所述第二接收器(439)用于接收经过第二检偏器(438)检偏的拍频信号，并将拍频信号转化为第二相位测量电信号(4310)；所述第三检偏器(4311)用于对第三测量光束(35)对应的拍频信号检偏；所述第三接收器(4312)用于接收经过第三检偏器(4311)检偏的拍频信号，并将拍频信号转化为第三相位测量电信号(4313)；所述第四检偏器(4314)用于对第四测量光束(42)对应的拍频信号检偏；所述第四接收器(4315)用于接收经过第四检偏器(4314)检偏的拍频信号，并将拍频信号转化为第四相位测量电信号(4316)；将控制系统(53)的第一相位测量板卡(531)分连接至第一接收器(436)和第二接收器(439)，接收第一相位测量电信号(437)和第二相位测量电信号(4310)，并向控制器(534)传递二维干涉图样(44)在X方向的相位变化；将控制系统(53)的第二相位测量板卡(532)分别连接至第三接收器(4312)和第四接收器(4315)，接收第三相位测量电信号(4313)和第四相位测量电信号(4316)，并向控制器(534)传递二维干涉图样(44)在Y方向的相位变化；所述控制系统(53)的干涉仪位移测量板卡(533)通过连接线I(51)与X轴位移测量干涉计(48)连接，通过连接线II(52)与Y轴位移测量干涉计(50)连接，向控制器(534)传递二维运动工作台(46)X方向位移和Y方向位移；所述控制系统(53)的控制器(534)通过控制算法计算出控制量，根据二维干涉图样(44)在X方向的相位变化和二维运动工作台(46)在X方向的位移，输出控制量到第一移频声光调制器驱动器(535)，通过射频连接线I将第一控制信号(54)传输至第一移频声光调制器(14)，调整第一曝光光束(19)的频率，锁定二维干涉图样(44)沿X方向的相位；所述控制器(534)根据二维干涉图样(44)在Y方向的相位变化和二维运动工作台(46)在Y方向的位移，输出控制量到第二移频声光调制器驱动器(536)，通过射频连接线II将第二控制信号(55)传输至第二移频声光调制器(29)，调整第三曝光光束(34)的频率，锁定二维干涉图样(44)沿Y方向的相位；所述控制器(534)输出第一开关信号(56)和第二开关信号(57)，分别用于控制第二定频声光调制器(21)和第三定频声光调制器(34)是否出光；步骤四，在光栅基底预设位放置光栅基底(45)，移动二维运动工作台(46)，使光栅基底(45)需要曝光的位置运动到二维干涉图样(44)的下方进行曝光。