專利名稱：緊湊結(jié)構(gòu)光折變體全息透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光折變體全息透鏡，是一種采用有限體積光折變體全息原理的緊湊結(jié)構(gòu)光折變體全息透鏡，主要用于空間激光通信、激光雷達(dá)、激光對抗、光纖通信、微小化三維光學(xué)集成系統(tǒng)和微小化衛(wèi)星等信息光學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光學(xué)透鏡系統(tǒng)是激光在空間應(yīng)用中的一種關(guān)鍵器件，光學(xué)透鏡系統(tǒng)主要用于激光準(zhǔn)直、激光發(fā)射、激光接收等。傳統(tǒng)的透鏡系統(tǒng)由于聚焦作用必定需要一段衍射傳播距離來實(shí)現(xiàn)，使其在激光總體應(yīng)用系統(tǒng)中占據(jù)很大的空間尺寸。此外，透鏡的光學(xué)玻璃的比重很高，透鏡的支撐機(jī)構(gòu)的重量也很大，這些在空間應(yīng)用中是非常不利的，因此有效減小透鏡系統(tǒng)的體積和重量更是激光空間應(yīng)用發(fā)展的必然趨勢。緊湊結(jié)構(gòu)光折變體全息透鏡技術(shù)是對傳統(tǒng)光學(xué)的一項(xiàng)技術(shù)革新，主要是采用光致折射率變化的全息記錄方法產(chǎn)生的。緊湊結(jié)構(gòu)光折變體全息透鏡可以在其有限體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換輸入光束的方向并聚焦，或?qū)c(diǎn)源輸入光束產(chǎn)生一橫向傳輸?shù)臏?zhǔn)直光束，其體積小、重量輕、衍射效率高、結(jié)構(gòu)簡單可靠、能大大地減小系統(tǒng)的體積。
在先技術(shù)[1]，參見Maria Victoria collados，Isabel Arias，Ana Garcia，JesusAtencia，and Manuel Quintanilla.Appl.Opt，42(2003)，pp805-810，Sliver halidesensitized gelatin process effects in holographic lenses recorded on SlavichPFG-01 plates中所描述的是由兩個非中心單軸全息系統(tǒng)組成的分隔全息透鏡系統(tǒng)。整個透鏡系統(tǒng)由二個全息干涉光柵復(fù)合疊加在一起組成。其全息光柵的記錄由一發(fā)散光和平行光入射到乳膠體上干涉形成。在重現(xiàn)過程中，第一塊全息光的衍射光將作為第二全息光柵的入射光，再由第二塊全息光柵的衍射光得到一束會聚光。因此，它是一種利用光柵衍射對入射光束進(jìn)行透射離軸聚焦的三維光學(xué)元件，整個光束系統(tǒng)占用的空間體積大，不易于微小化集成。
在先技術(shù)[2]，參見Stephen.M.Schultz，Elias.N.Glytsis，and Thmask.Gaylord.Opt.let，1999，24(30).pp1708-1710，Volume grating preferential-orderfocusing waveguide coupler，中所描述的是體光柵波導(dǎo)耦合器，用以轉(zhuǎn)換光束方向，它是由一束透過柱透鏡的會聚光與一束平行光再透過一棱鏡入射到波導(dǎo)表面形成的干涉條紋，不同入射角度的會聚光將在波導(dǎo)層內(nèi)面形成具有傾斜條紋和變波矢量的光柵。當(dāng)導(dǎo)波光入射到體光柵上時，具有變波矢量的體光柵將導(dǎo)波光衍射，不同角度的衍射光會聚到一點(diǎn)。通過改變體光柵形成時的波矢量的變化形為，可以實(shí)現(xiàn)不同焦距的體光柵波導(dǎo)耦合。但此光柵只對限制在波導(dǎo)內(nèi)傳播的導(dǎo)波進(jìn)行衍射，衍射效率低。而且這種變波矢量的體光柵形成時的精確控制比較難，所以獲得低像差的會聚焦點(diǎn)很難。
在先技術(shù)[3]，參見G.Hatakoshi，H.Fujima and K.Goto.Appl.Opt.1984，23(11)，pp.1794-1753，Waveguide grating lenses for optical couplers，文中描述的是波導(dǎo)光柵衍射透鏡，其工作原理是用全息記錄或電子束蝕刻方法在波導(dǎo)表面形成光柵透鏡，此光柵透鏡可以把波導(dǎo)內(nèi)的光束衍射成只進(jìn)入襯底的球面波，然后折射到空氣中會聚到一點(diǎn)。這種透鏡只對波導(dǎo)內(nèi)傳播的一定模式的導(dǎo)波光進(jìn)行光束轉(zhuǎn)換，在波導(dǎo)表面的厚度很小，只能達(dá)到微米量級，波長的選擇性和光柵透鏡的復(fù)用性差。而且透鏡和傳播基質(zhì)(襯底)不是同種介質(zhì)，穩(wěn)定性和可靠性差，另外，波導(dǎo)衍射器件的應(yīng)用面積增大時衍射效率會變得很大。
在先技術(shù)[4]，參見劉立人、閆愛民、劉德安、欒竹、周煜、祖繼鋒，“光折變平板透鏡”，專利，申請?zhí)?3228595.2，其中所描述的光折變平板透鏡系統(tǒng)，是一種形狀是長方體的雙摻雜的LiNbO3晶體平板，它的工作原理是由兩束空間相干光正交入射到光折變晶體平板內(nèi)記錄產(chǎn)生光折變?nèi)⒐鈻?，并用紫外光進(jìn)行局域固定。此光折變晶體平板可以實(shí)現(xiàn)對輸入光束產(chǎn)生橫傳并聚焦，或?qū)斎牍恻c(diǎn)產(chǎn)生橫傳的準(zhǔn)直。但是，由于正交光束入射到光折變平板內(nèi)形成的光柵過程中，光激發(fā)自由載流子的擴(kuò)散過程占主導(dǎo)地位，載流子漂移形成的空間電荷場受到一個飽和電場的限制，這使得所形成的光柵的條紋間距太小，光柵較弱；此外，兩光正交入射進(jìn)行全息光柵記錄的過程中只能用尋常偏振光來記錄，這使得兩光束正交入射干涉情況下光折變晶體的電光系數(shù)較小，平均調(diào)制深度小，所以正交入射的光折變平板透鏡系統(tǒng)的衍射效率不高，使其在實(shí)際的應(yīng)用中受到了限制。由于可以復(fù)用在LiNbO3晶體平板的全息圖的數(shù)量受晶體的動態(tài)范圍(M/#)的限制，即晶體的存儲容量受到光折變晶體動態(tài)范圍的限制，動態(tài)范圍越大，晶體的存儲容量越大，而90°全息光柵記錄結(jié)構(gòu)的動態(tài)范圍(M/#)比透射全息光柵結(jié)構(gòu)的動態(tài)范圍(M/#)小。因此，90°記錄全息光柵的存儲容量比小角度全息光柵記錄結(jié)構(gòu)的容量小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服在先技術(shù)的不足，提供了一種緊湊結(jié)構(gòu)光折變體全息透鏡。該體全息透鏡，應(yīng)能在一有限體積的光折變晶體內(nèi)實(shí)現(xiàn)對輸入光束的方向轉(zhuǎn)換并聚焦，或?qū)斎牍恻c(diǎn)產(chǎn)生橫傳并準(zhǔn)直。它應(yīng)具有體積小重量輕、結(jié)構(gòu)簡單可靠、衍射效率高和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種緊湊結(jié)構(gòu)光折變體全息透鏡，它是由光折變晶體及其上的體全息光柵構(gòu)成的，該光折變晶體是一種雙摻雜的鈮酸鋰晶體，其幾何形狀是由一長方體平板和一三角棱體構(gòu)成一體的七面體，長方體平板的尺寸為a×b×c，其中a＞b＞＞c，厚度c遠(yuǎn)大于入射光波的波長，所述三角棱體的底面與該長方體平板的頂面重合，大小均為a×b，該三角棱體的高度為d，該三角棱體的兩銳角滿足α＜36°，β＞27°，且2β+α＝90°，以使平行光束垂直于入射面進(jìn)入晶體內(nèi)并傳播到達(dá)全反射面時能發(fā)生全反射，該光折變晶體中具有體全息光柵。
所述的緊湊結(jié)構(gòu)光折變體全息透鏡的制備方法，其特征在于該光折變晶體中體全息光柵的記錄過程是第一步，用均勻紫外光對所述七面體晶體進(jìn)行0.8-1.2小時輻照；第二步，在均勻紫外光束繼續(xù)照射的同時，用空間相干的兩紅光一平行光束從晶體的最大平面正交照射晶體，一會聚記錄光束從晶體的最小平面正交照射晶體；第三步，待記錄穩(wěn)定后，關(guān)閉紫外光，繼續(xù)用該平行光束或會聚記錄光束照射已經(jīng)記錄全息光柵的部分。
所述的體全息光柵的記錄是采用兩色光兩中心全息記錄法。
所述的體全息光柵的記錄過程，既可使用尋常偏振光記錄，也可使用非尋常偏振光記錄。
所述光折變晶體中形成體全息光柵的過程是由兩記錄光束垂直入射到晶體，一平行記錄光束由七面體的最大平面并靠近另一入射面垂直入射，該平行記錄光束在晶體內(nèi)受一平面全反射改變光在晶體內(nèi)的傳播方向，另一會聚記錄光束由七面體的最小平面垂直入射，該兩光束以較小的角度α干涉形成體全息光柵。
與在先技術(shù)相比，本發(fā)明突出的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)是1、體積小、重量輕，與傳統(tǒng)透鏡相比較，可以縮小至百分之一左右，且透鏡與傳播機(jī)制為統(tǒng)一介質(zhì)，因此穩(wěn)定可靠，抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)。
2、體全息光柵的記錄是由兩空間相干光束以較小角度干涉形成的，其光柵間距較大，光柵強(qiáng)。所形成體光柵的晶體有更大的動態(tài)范圍(M/#)，因此具有較高的衍射效率和靈敏度。
3、兩相干光束以較小角度干涉記錄光柵的過程，是在雙摻雜的LiNbO3晶體中采用雙中心全息記錄法，此記錄光柵的方法很好的抑制了光柵記錄和讀出過程中的散射和扇形噪聲。
4、可以通過光折變效應(yīng)記錄若干個分立的局域體全息，通過衍射光的互聯(lián)在單片晶體內(nèi)實(shí)現(xiàn)多干涉功能器中組合器件組合的微小化三維光學(xué)集成系統(tǒng)。
5、兩束相干記錄光束以較小角度的干涉形成光柵，記錄光束可以使用尋常偏振光和非尋常偏振光。用非尋常偏振光束記錄全息光柵，可以使晶體具有更大的動態(tài)范圍(M/#)，從而具有更高的存儲容量。
6、光折變晶體作為體全息介質(zhì)，對記錄在其中的體全息光柵來講具備嚴(yán)格的布拉格選擇條件，當(dāng)光折變?nèi)⒆x出時，任何角度或波長的改變將使布拉格條件失配導(dǎo)致衍射效率急劇下降，這種角度和波長的選擇性使得可以利用不同角度或波長的入射光在同一體積內(nèi)記錄許多全息，可以實(shí)現(xiàn)體全息復(fù)用和海量存儲。


圖1為本發(fā)明緊湊結(jié)構(gòu)光折變體全息透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖.
圖2為緊湊結(jié)構(gòu)光折變體全息透鏡的雙光束干涉全息記錄和紫外光局域固定示意圖。
圖3為平行光束入射到本發(fā)明緊湊結(jié)構(gòu)光折變體全息透鏡上產(chǎn)生衍射再現(xiàn)聚焦光束示意圖。
圖4為點(diǎn)光源發(fā)出的球面波讀出體全息光柵透鏡衍射平行射出光束示意圖。
具體實(shí)施例方式
先請參閱圖1，本發(fā)明緊湊結(jié)構(gòu)的光折變光學(xué)體全息透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括兩部分，光折變體全息透鏡結(jié)構(gòu)和其上的體全息光柵透鏡。其形狀是如圖1所示的一塊七面體，可以看作是由同種晶體材料構(gòu)成的長方體平板與三角棱體一體組合而成，長方體平板的尺寸為a×b×c，其中a＞b＞＞c，厚度c遠(yuǎn)大于入射光波的波長。三角棱體底面面積為a×b的長方形，三角棱體的高度為d，應(yīng)滿足α＜36°，β＞27°，且2β+α＝90°。使平行光束01垂直于入射面1進(jìn)入晶體內(nèi)并傳播到達(dá)全反射面3時能發(fā)生全反射，α角與β角度的選取與整個晶體結(jié)構(gòu)的體積及形成體全息光柵透鏡的體積有一定的關(guān)系，α角越小，所形成的體全息光柵透鏡的體積和整個晶體結(jié)構(gòu)的體積越大，同時形成的光柵間距越大，光柵的衍射效率越高。其工作過程分兩步，在光折變晶體七面體中體全息光柵的記錄和體全息光柵的讀出。所用的晶體材料是雙摻雜的LiNbO3晶體，即摻入兩種不同能級深度的雜質(zhì)離子形成深能級中心和淺能級中心，在光的輻照下，雙摻雜的LiNbO3晶體的折射率隨光強(qiáng)的空間分布而發(fā)生變化，該晶體內(nèi)載流子的產(chǎn)生可用雙中心帶輸運(yùn)模型來描述。
本發(fā)明中相干光束在光折變晶體中記錄體全息光柵利用的是光折變晶體的光折變效應(yīng)。在雙摻雜的LiNbO3晶體中記錄和固定非揮發(fā)性光柵的原理是Buse等人提出的雙色光兩中心全息記錄法，參見K.Buse，A.Adibi，et al.Nuture，397(7)，pp.665-668，1998，Nonvolatile holographic storage holograms indoubly doped lithium niobate crystals，對摻入兩種能級深度不同的雜質(zhì)，如Fe，Mn的LiNbO3晶體中進(jìn)行全息記錄分為以下三步首先用非相干的均勻紫外光對此晶體進(jìn)行預(yù)曝光處理，利用晶體的光色效應(yīng)，通過導(dǎo)帶把電子從深能級中心轉(zhuǎn)移到淺能級中心，以改變晶體對光的吸收，使晶體對可見光產(chǎn)生吸收，從而可以用可見光對晶體進(jìn)行全息存儲；第二步為全息記錄過程，用紫外光和空間干涉的調(diào)制紅光同時照射晶體進(jìn)行存儲記錄，將調(diào)制光的信息同時存儲在兩能級中心的光柵之中；第三步為全息光固定過程，關(guān)閉紫外光，用紅光去抹除淺能級中心光柵，使所有的電子都陷入到深能級中心，從而保留了對紅光不敏感的深能級中心光柵，實(shí)現(xiàn)儲存信息的光固定。
雙摻雜LiNbO3晶體的空間雙光束干涉全息記錄和局域全光固定的過程結(jié)合圖2說明如下第一步，用均勻紫外光03對光折變體透鏡進(jìn)行預(yù)敏化，使電子通過導(dǎo)帶從深能級中心激發(fā)到淺能級中心，以增加晶體記錄的靈敏度；第二步，在均勻紫外光束03繼續(xù)照射的同時，用空間干涉的調(diào)制平行光束01與會聚記錄光束02，兩光束均為紅光，分別正交照射晶體結(jié)構(gòu)的入射面1和入射面2，平行記錄光束01傳播至全反射面3時，發(fā)生全反射改變光束01的傳播方向，使其方向平行于面4并與會聚記錄光束02以小角度α相干涉，最終通過線性電光效應(yīng)形成深能級中心的體全息光柵和淺能級中心的體全息光柵；第三步，關(guān)閉紫外光束03并用一束紅光照射晶體，紅光將抹除淺能級中心光柵，保留對紅光不敏感的深能級中心光柵，實(shí)現(xiàn)對緊湊結(jié)構(gòu)光折變體全息透鏡中體全息光柵透鏡5的非揮發(fā)性記錄和局域全光固定。
緊湊結(jié)構(gòu)光折變體全息透鏡可以使讀入的準(zhǔn)直光束產(chǎn)生橫向傳輸并聚焦，也可以使輸入光點(diǎn)經(jīng)衍射平行射出。其讀出過程結(jié)合圖3、圖4說明如下平行讀出光束05垂直入射到晶體內(nèi)傳播至光折變體全息透鏡的全反射面3，由于滿足全反射條件將改變光束05的傳播方向，并入射到體全息光柵透鏡5上，由于符合布拉格匹配條件，該入射光束05受到體全息光柵5的衍射，在光折變體全息透鏡5內(nèi)傳播并聚焦到一點(diǎn)O，形成會聚光束06輸出，不滿足布拉格匹配條件的光波將透過光柵直接傳播。
如圖4所示，激光點(diǎn)光源從O點(diǎn)發(fā)射的發(fā)散光束07入射到體全息光柵透鏡5上，也因符合布拉格匹配條件而受到體全息光柵的衍射，衍射光束08將平行射出，不滿足布拉格匹配條件的光波將透過該體全息光柵發(fā)散傳播。
與在先技術(shù)相比，在先技術(shù)[1]是由兩個非中心單軸全息系統(tǒng)組成的分隔全息透鏡系統(tǒng)，整個光束系統(tǒng)占用的空間體積大，不易于微小化集成。在先技術(shù)[2]是轉(zhuǎn)換光束方向用的體光柵波導(dǎo)耦合器，光柵只對限制在波導(dǎo)內(nèi)傳播的導(dǎo)波進(jìn)行衍射，衍射效率低。而且這種變波矢量的體光柵形成時的精確控制比較難，所以獲得低像差的會聚焦點(diǎn)很難。在先技術(shù)[3]的波導(dǎo)光柵衍射透鏡，光柵厚度很小，只能達(dá)到微米量級，波長的選擇性和光柵透鏡的復(fù)用性差。而且透鏡和傳播基質(zhì)，即襯底不是同種介質(zhì)，穩(wěn)定性和可靠性差，另外，波導(dǎo)衍射器件的應(yīng)用面積增大時，衍射效率會變得很大。在先技術(shù)[4]光折變平板透鏡系統(tǒng)，是一種由兩光束正交干涉形成光柵的光折變平板透鏡系統(tǒng)，它的衍射效率不高。本發(fā)明如上述結(jié)構(gòu)，利用有限體積光折變體全息原理，在一小體積的光折變晶體內(nèi)實(shí)現(xiàn)對輸入的自由空間的光束產(chǎn)生橫向傳輸并聚焦，或?qū)斎牍恻c(diǎn)產(chǎn)生橫傳的準(zhǔn)直。
下面給出具體實(shí)施例作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍?；窘Y(jié)構(gòu)如圖1所示。這里選取了滿足以上條件的三組尺寸，即三個實(shí)施例，考慮到晶體生長時尺寸的限制及晶體的成本價值，α角最小值選取為7°，當(dāng)平行記錄光束的光斑半徑為15mm時得到第一組尺寸α＝7°，β＝41.5°，a×b×c＝117.5mm×15.0mm×5mm，d為13.3mm；第二組尺寸選取為α＝20°，β＝35°，a×b×c＝44.0mm×15.0mm×5mm，d為10.5mm；第三組選取記錄光束垂直入射到晶體中到達(dá)全反射面3時剛好可以發(fā)生全反射時的尺寸大小α＝36°，β＝27°，a×b×c＝22.5mm×15.0mm×5mm，d為8.7mm。
這三種不同尺寸的緊湊結(jié)構(gòu)光折變體全息透鏡具有的不同的效果，第一組尺寸下的緊湊結(jié)構(gòu)光折變體全息透鏡的體積最大，干涉形成的體全息光柵透鏡的體積也最大，光柵間距最大，光柵的衍射效率最高；第三組尺寸下的緊湊結(jié)構(gòu)光折變體全息透鏡的體積最小，干涉形成的體全息光柵透鏡的體積也最小，光柵間距最小，光柵的衍射效率是三組中最低的；第二組尺寸下的緊湊結(jié)構(gòu)光折變體全息透鏡的體積和光柵的衍射效率介于第一組情況和第二組情況之間。但其中的體全息光柵的記錄過程和讀出過程是相同的。
因此，選取第二組尺寸a×b×c＝44.0mm×15.0mm×5.0mm，d為10.5mm，β＝35°，α＝20°為例加以說明。本例中所采用的晶體材料是雙摻雜的LiNbO3:Cu:Ce晶體。采用He-Ne氣體激光器作為光源，波長為632.8nm。尋常和非尋常偏振紅光在LiNbO3晶體的折射率分別為2.2864和2.2024，因此當(dāng)記錄紅光01從最大平面1垂直進(jìn)入晶體入射到全反射面3時，均能滿足全反射條件而改變光束01的傳播方向，另一會聚記錄紅光02從最小平面2垂直進(jìn)入晶體，該兩束記錄紅光的光強(qiáng)均為10.5mW/cm2，平行記錄光束01光斑半徑為15mm；一75W的球形高壓汞燈，用透紫外的濾波片后經(jīng)會聚透鏡聚焦作為紫外敏化光源，其光束03用來敏化的紫外光的光強(qiáng)為23mW/cm2，波長為365nm。
記錄過程如圖2所示首先用均勻紫外光03對要記錄的部分進(jìn)行1小時左右的預(yù)敏化，均勻紫外光照射LiNbO3:Cu:Ce晶體時，處于深淺兩能級中的電子都能被激發(fā)到導(dǎo)帶，再分別被深淺兩個能級俘獲；然后用周期性調(diào)制的紅光，一束平行光波01，一束會聚球面波02和均勻的紫外光03同時照射晶體進(jìn)行干涉全息記錄，平行記錄光束01在晶體內(nèi)傳播到全反射面3時發(fā)生全反射改變光束傳播方向，并與會聚球面波記錄光束02以α角度相交干涉。待記錄穩(wěn)定后，關(guān)閉紫外光03和其中的一束紅光02，用另一束紅光01照射已經(jīng)記錄全息的部分，進(jìn)行局域全光固定，紅光只能激發(fā)淺能級中的電子到導(dǎo)帶中去，保留了深能級中的體光柵。于是在LiNbO3:Cu:Ce晶體中記錄了非揮發(fā)性的體全息光柵透鏡。
讀出過程如圖3所示，用與記錄紅光強(qiáng)度相同的平行光束05按原方向照射體全息光柵透鏡，該平行光束05在體全息透鏡內(nèi)傳播至面3時發(fā)生全反射，以α角照射到體光柵透鏡上，由于滿足布拉格匹配條件而被衍射，形成再現(xiàn)會聚光束06，繼續(xù)傳播，聚焦到一點(diǎn)O。同樣，在會聚焦點(diǎn)處O，用與記錄球面波共軛的發(fā)散球面波光束07照射體全息光柵透鏡，該發(fā)散光束07在體全息光柵透鏡內(nèi)由于滿足布拉格條件而被衍射，形成平行光束08沿與記錄光束01相反的方向射出。如圖4所示。
綜上所述，本發(fā)明與在先技術(shù)相比，其突出的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)是1、體積小、重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定可靠，抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)。
2、體全息光柵的記錄是由兩空間相干光束以較小角度干涉形成的，其光柵間距較大，光柵強(qiáng)。所形成體光柵的晶體有更大的動態(tài)范圍(M/#)，因此具有較高的衍射效率和靈敏度。
3、兩相干光束以較小角度干涉記錄光柵的過程，是在雙摻雜的LiNbO3晶體中采用雙中心全息記錄法，此記錄光柵的方法很好的抑制了光柵記錄和讀出過程中的散射和扇形噪聲。
4、可以通過光折變效應(yīng)記錄若干個分立的局域體全息，通過衍射光的互聯(lián)在單片晶體內(nèi)實(shí)現(xiàn)多干涉功能器中組合器件組合的微小化三維光學(xué)集成系統(tǒng)。
5、兩束相干記錄光束以較小角度的干涉形成光柵，記錄光束可以使用尋常偏振光和非尋常偏振光。用非尋常偏振光束來記錄全息光柵，可以使晶體具有更大的動態(tài)范圍(M/#)，從而具有更高的存儲容量。
6、光折變晶體作為體全息介質(zhì)，對記錄在其中的體全息光柵來講具備嚴(yán)格的布拉格選擇條件，當(dāng)光折變?nèi)⒆x出時，任意角度或波長的改變將使布拉格條件失配導(dǎo)致衍射效率急劇下降，這種角度和波長的選擇性使得可以利用不同角度或波長的入射光在同一體積內(nèi)記錄許多全息，可以實(shí)現(xiàn)體全息復(fù)用和海量存儲。
權(quán)利要求
1.一種緊湊結(jié)構(gòu)光折變體全息透鏡，其特征在于它由光折變晶體及其上的體全息光柵構(gòu)成，該光折變晶體是一種雙摻雜的鈮酸鋰晶體，其幾何形狀是由一長方體平板和一三角棱體構(gòu)成一體的七面體，長方體平板的尺寸為a×b×c，其中a＞b＞＞c，厚度c遠(yuǎn)大于入射光波的波長，所述三角棱體的底面與該長方體平板的頂面重合，大小均為a×b，該三角棱體的高度為d，該三角棱體的兩銳角滿足α＜36°，β＞27°，且2β+α＝90°，該光折變晶體中具有體全息光柵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊結(jié)構(gòu)光折變體全息透鏡的制備方法，其特征在于所述光折變晶體中記錄體全息光柵的過程是第一步，用均勻紫外光(03)對所述七面體晶體進(jìn)行0.8-1.2小時輻照；第二步，在均勻紫外光束(03)繼續(xù)照射的同時，用空間相干的兩紅光一平行光束(01)從晶體的最大平面(1)正交照射晶體，一會聚記錄光束(02)從晶體的最小平面(2)正交照射晶體；第三步，待記錄穩(wěn)定后，關(guān)閉紫外光(03)，繼續(xù)用該平行光束(01)或會聚記錄光束(02)照射已經(jīng)記錄全息光柵的部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的緊湊結(jié)構(gòu)光折變體全息透鏡的制備方法，其特征在于所述的體全息透鏡的記錄是采用的兩色光兩中心全息記錄法。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的緊湊結(jié)構(gòu)光折變體全息透鏡的制備方法，其特征在于所述的記錄過程中，既可使用尋常偏振光記錄，也可使用非尋常偏振光記錄。
全文摘要
一種緊湊結(jié)構(gòu)光折變體全息透鏡，它是由光折變晶體及其上的體全息光柵構(gòu)成，該光折變晶體是一種雙摻雜的鈮酸鋰晶體，其幾何形狀是由一長方體平板和一三角棱體構(gòu)成一體的七面體，長方體平板的尺寸為a×b×c，其中a>b>>c，厚度c遠(yuǎn)大于入射光波的波長，所述三角棱體的底面與該平行長方平板頂面重疊，大小均為a×b，該三角棱體的高度為d，該三角棱體的兩銳角滿足α<36°，β>27°，且2β+α＝90°，該光折變晶體中具有體全息光柵。本發(fā)明采用有限體積光折變體全息方案，實(shí)現(xiàn)了在一小體積晶體內(nèi)轉(zhuǎn)換光束方向并聚焦，或?qū)斎牍恻c(diǎn)產(chǎn)生橫傳并準(zhǔn)直。其體積小重量輕，結(jié)構(gòu)簡單可靠，衍射效率高，抗干擾能力強(qiáng)。
文檔編號G02B3/00GK1595205SQ200410025629
公開日2005年3月16日 申請日期2004年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月30日
發(fā)明者胡志娟, 劉立人, 劉德安, 閻愛民, 王欣 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所