專利名稱：一種確定凹面全息光柵制作光路中兩激光束夾角的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光譜技術領域中涉及的一種確定凹面全息光柵制作光路中兩激光束夾角的方法。
背景技術：
凹面全息光柵是用于可見、紫外區(qū)的多波段分光器件，使用它可以縮小光譜儀器的尺寸，減少組成的零部件數(shù)量，消除光學系統(tǒng)的像散，提高光學儀器的成像質(zhì)量、分辨本領和測試精度。
在凹面全息光柵設計過程中，將Fermat原理應用到Seya-Namioka成像系統(tǒng)中去，使用光程展開法修正光學系統(tǒng)的像差，通過計算可以得出記錄球面波的波源點與凹面全息光柵毛坯中心的距離以及這兩束球面波主光線與凹面全息光柵毛坯法線的夾角，理論分析和計算結(jié)果表明，通過改變球面波波源的位置可以改變像差的大小，進而達到消除光學系統(tǒng)中的像散和彗差的目的。
光柵常數(shù)是衍射光柵非常重要的技術指標，所謂光柵常數(shù)是指每毫米刻線數(shù)的倒數(shù)，它決定光柵的色散率和分辨率。對光譜儀器而言，光柵常數(shù)的變化必然引起光柵衍射角的改變，導致光譜儀器譜線位置產(chǎn)生偏移，因此，光柵常數(shù)的準確性直接影響光譜儀器的波長精度，在制作過程中必須給予嚴格控制。
凹面全息光柵的制作過程中，一個非常關鍵的步驟就是將涂有光致抗蝕劑的凹面光柵毛坯放在由兩束球面波相干后確定的干涉場中，由光致抗蝕劑記錄干涉場中的干涉條紋。干涉場中的干涉條紋寬度即是凹面全息光柵的光柵常數(shù)，它由記錄激光波長λ、兩束光與凹面全息光柵毛坯法線夾角γ和δ決定。光柵常數(shù)σ可以表示為(令δ＞γ)σ＝λ/(sinδ-sinγ)可見，精確地確定這兩束球面波主光線與凹面全息光柵毛坯法線的夾角對于制作凹面全息光柵有著非常重要的意義。
傳統(tǒng)測量角度或角位移的方法主要有利用莫爾條紋現(xiàn)象的光柵角度傳感器、碼盤等；利用電磁原理工作的電容式角度和角位移傳感器、感應同步器、磁柵式傳感器等。利用光柵莫爾條紋現(xiàn)象的角度傳感器多用于測量旋轉(zhuǎn)物體的角度；利用電磁原理工作的角度傳感器多屬于接觸測量，測量時需要與被測物體接觸?？梢妭鹘y(tǒng)測量角度或角位移的方法不適用于確定凹面全息光柵制作光路中兩激光束的夾角。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述已有技術存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提出一種新型的、低成本的、易于實現(xiàn)的用于確定凹面全息光柵制作光路中兩激光束夾角的方法。
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種確定凹面全息光柵制作光路中兩激光束夾角的方法。解決技術問題的技術方案為第一步，建立一套凹面全息光柵曝光裝置。如圖1所示，包括Kr+激光器1、平面反射鏡2、半反半透鏡3、平面反射鏡4和5、針孔濾波器6和7、干涉場8和光柵毛坯9。在Kr+激光器1的激光束傳播方向的光軸上置有平面反射鏡2，平面反射鏡2與光軸成45°角；在平面反射鏡2的反射光光路上置有半反半透鏡3，它的半反半透面與光軸成45°角；分別在半反半透鏡3的反射面和透射面出射光的光軸上置有平面反射鏡4和平面反射鏡5；分別在平面反射鏡4和平面反射鏡5的反射光線的光軸上置有針孔濾波器6和針孔濾波器7；針孔濾波器6和針孔濾波器7發(fā)射光線的交匯區(qū)域形成了干涉場8；在干涉場8內(nèi)置有光柵毛坯9，光柵毛坯9的中心點位于干涉場8的中心位置。角γ和δ為球面波通過凹面全息光柵毛坯中心點的光線與凹面全息光柵毛坯法線的夾角，本發(fā)明方法要確定的就是這兩個角。激光束由Kr+激光器1發(fā)出，經(jīng)平面反射鏡2反射，又經(jīng)過半反半透鏡3分為能量相等的兩束光，通過平面反射鏡4和5調(diào)整兩束光的夾角，兩束光經(jīng)過針孔濾波器6和7后變?yōu)榍蛎娌ǎ@兩束球面波相遇后形成干涉場8，將光柵毛坯9放入干涉場8內(nèi)就可以曝光。第二步，制備一個大平板。如圖2所示，大平板10上刻有用計算機確定的角度，11、12和13分別為角度線，并且角度線12和13與角度線11的夾角分別為γ和δ。圖3是一個可以五維自由調(diào)整的裝置，該裝置是由北京卓立漢光公司生產(chǎn)，型號為TSMW-XYZT-1。使用時將大平板10的中心固定在五維調(diào)整裝置的上表面的中心位置，通過調(diào)整五維調(diào)整裝置，大平板10可以上下、前后、左右、旋轉(zhuǎn)、傾斜等五個方向自由運動。第三步，利用步驟一所建立的凹面全息光柵曝光裝置，不要擺放針孔濾波器6和7及光柵毛坯9，在光路中放置一個He-Ne激光器14和大平板10，如圖4所示。調(diào)整大平板10，使其上表面與兩束激光的主光軸位于同一個平面內(nèi)，調(diào)整平面反射鏡4和5及He-Ne激光器14，使經(jīng)過平面反射鏡4和5及He-Ne激光器14發(fā)出的光線的主光軸分別與大平板10上的角度線12、13和11重合。至此，大平板10上的角度線11分別與角度線12和13之間的夾角被移植到凹面全息光柵曝光裝置的光路中，這兩個角相當于曝光光路中由He-Ne激光器14發(fā)出的光分別與經(jīng)過平面反射鏡4和5發(fā)出的光的夾角。第四步，確定凹面全息光柵毛坯的位置，保持平面反射鏡4和5及He-Ne激光器14的位置不變，將大平板10連同五維調(diào)整裝置撤走，把光柵毛坯9放置在光路中，調(diào)整光柵毛坯9在光路中的位置，使三束激光的主光軸交點位置與凹面全息光柵毛坯的中心點重合，凹面全息光柵毛坯的中心點是指光柵毛坯的兩對角線交點，如圖5所示。
本發(fā)明工作原理說明將激光光路中不容易測量到的兩激光束夾角移植到一個刻有精確角度(事先確定好的角度)的大平板上面，通過調(diào)整激光束與大平板上的角度線重臺，進而達到精確確定兩束激光夾角的目的。步驟一，建立一套制作凹面全息光柵的曝光裝置，在光路中擺放Kr+激光器1，平面反射鏡2，半反半透鏡3，平面反射鏡4和5，不要擺放針孔濾波器6和7及光柵毛坯9，而要另放置一個He-Ne激光器14和大平板10。步驟二，調(diào)整大平板10，使其上表面與三束激光的主光軸位于同一個平面內(nèi)。步驟三，調(diào)整三束激光的主光軸與大平板上的角度線重合。調(diào)整平面反射鏡4和5及He-Ne激光器14，使經(jīng)過平面反射鏡4和5及He-Ne激光器14發(fā)出的光線的主光軸分別與大平板10上的角度線12、13和11重合，并且這三束激光將在角度線11、12和13的交點處重合，此時得到的兩束激光與凹面全息光柵毛坯法線的夾角γ和δ的數(shù)值就與刻在大平板上的角度一致。步驟四，確定凹面全息光柵毛坯的位置。保持平面反射鏡4和5及He-Ne激光器14的位置不變，將大平板撤走，把光柵毛坯9放置在光路中，調(diào)整光柵毛坯9在光路中的位置，使三束激光的主光軸交點位置與凹面全息光柵毛坯的中心重合。至此，經(jīng)由平面反射鏡4和5出射的光束角度就被確定下來，光柵毛坯9的位置也被準確地確定了，這樣，兩束激光主光軸與凹面全息光柵毛坯法線的夾角γ和δ就精確地被確定下來了。最后在光路中的適當位置擺放針孔濾波器6和7，這樣凹面全息光柵的曝光光路系統(tǒng)就調(diào)整完畢了。
本發(fā)明的積極效果本發(fā)明提到的方法是新型的、低成本的、易于實現(xiàn)的，可以快速準確地確定凹面全息光柵制作中兩激光束的夾角，對制作高質(zhì)量的凹面全息光柵有直接的重大價值。
四

圖1是本發(fā)明方法中第一步建立的凹面全息光柵曝光裝置的光路結(jié)構示意圖。圖2是本發(fā)明方法中第二步制備的刻有精確角度的大平板示意圖。圖3是本發(fā)明方法中第二步用到的購買的五維調(diào)整裝置結(jié)構示意圖。圖4是本發(fā)明方法第三步中激光束與大平板10上刻有的角度線進行夾角對比時的光路結(jié)構示意圖。圖5是用對角連線法確定凹面全息光柵毛坯中心點示意圖。
五具體實施例方式
本發(fā)明按所建立的第一、第二、第三、第四四個方法步驟實施。光源1采用Kr+激光器，波長為413.1nm；平面反射鏡2、4和5為玻璃基底鍍鋁反射鏡；半反半透鏡3為雙膠合玻璃棱鏡；針孔濾波器6和7由顯微物鏡和針孔組成；凹面全息光柵毛坯9采用K9光學玻璃，K9光學玻璃上涂敷的光致抗蝕劑為日本產(chǎn)的Shipley 1805型光致抗蝕劑；He-Ne激光器14的出射波長為632.8nm；大平板10為透明的有機玻璃基板；大平板上的角度線11、12和13是使用計算機控制精確刻上的。
權利要求
1.一種確定凹面全息光柵制作光路中兩激光束夾角的方法，其特征在于第一步，建立一套凹面全息光柵曝光裝置；包括Kr+激光器(1)、平面反射鏡(2)、半反半透鏡(3)、平面反射鏡(4)和(5)、針孔濾波器(6)和(7)、干涉場(8)和光柵毛坯(9)；在kr+激光器(1)的激光束傳播方向的光軸上置有平面反射鏡(2)，平面反射鏡(2)與光軸成45°角；在平面反射鏡(2)的反射光光路上置有半反半透鏡(3)，它的半反半透面與光軸成45°角；分別在半反半透鏡(3)的反射面和透射面出射光的光軸上置有平面反射鏡(4)和平面反射鏡(5)；分別在平面反射鏡(4)和平面反射鏡(5)的反射光線的光軸上置有針孔濾波器(6)和針孔濾波器(7)；針孔濾波器(6)和針孔濾波器(7)發(fā)射光線的交匯區(qū)域形成了干涉場(8)；在干涉場(8)內(nèi)置有光柵毛坯(9)，光柵毛坯(9)的中心點位于干涉場(8)的中心位置；角γ和δ為球面波通過凹面全息光柵毛坯中心點的光線與凹面全息光柵毛坯法線的夾角，本發(fā)明方法要確定的就是這兩個角；激光束由Kr+激光器(1)發(fā)出，經(jīng)平面反射鏡(2)反射，又經(jīng)過半反半透鏡(3)分為能量相等的兩束光，通過平面反射鏡(4)和(5)調(diào)整兩束光的夾角，兩束光經(jīng)過針孔濾波器(6)和(7)后變?yōu)榍蛎娌?，這兩束球面波相遇后形成干涉場(8)，將光柵毛坯(9)放入干涉場(8)內(nèi)就可以曝光；第二步，制備一個大平板；大平板(10)上刻有用計算機確定的角度，(11)、(12)和(13)分別為角度線，并且角度線(12)和(13)與角度線(11)的夾角分別為γ和δ；使用時將大平板(10)的中心固定在五維調(diào)整裝置的上表面的中心位置，通過調(diào)整五維調(diào)整裝置，大平板(10)可以上下、前后、左右、旋轉(zhuǎn)、傾斜等五個方向自由運動；第三步，利用步驟一所建立的凹面全息光柵曝光裝置，不要擺放針孔濾波器(6)和(7)及光柵毛坯(9)，在光路中放置一個He-Ne激光器(14)和大平板(10)；調(diào)整大平板(10)，使其上表面與兩束激光的主光軸位于同一個平面內(nèi)，調(diào)整平面反射鏡(4)和(5)及He-Ne激光器(14)，使經(jīng)過平面反射鏡(4)和(5)及He-Ne激光器(14)發(fā)出的光線的主光軸分別與大平板(10)上的角度線(12)、(13)和(1 1)重合；至此，大平板(10)上的角度線(11)分別與角度線(12)和(13)之間的夾角被移植到凹面全息光柵曝光裝置的光路中，這兩個角相當于曝光光路中由He-Ne激光器(14)發(fā)出的光分別與經(jīng)過平面反射鏡(4)和(5)發(fā)出的光的夾角；第四步，確定凹面全息光柵毛坯的位置，保持平面反射鏡(4)和(5)及He-Ne激光器(14)的位置不變，將大平板(10)連同五維調(diào)整裝置撤走，把光柵毛坯(9)放置在光路中，調(diào)整光柵毛坯(9)在光路中的位置，使三束激光的主光軸交點位置與凹面全息光柵毛坯的中心點重合，凹面全息光柵毛坯的中心點是指光柵毛坯的兩對角線交點。
全文摘要
一種確定凹面全息光柵制作光路中兩激光束夾角的方法屬于光譜技術領域中涉及的一種確定兩激光束夾角的方法。要解決的技術問題是提供一種確定凹面全息光柵制作光路中兩激光束夾角的方法。技術方案為第一步，建立一套凹面全息光柵曝光裝置；第二步，制備一個刻有角度線的大平板；第三步，利用步驟一所建立的凹面全息光柵曝光裝置的光路，在光路中放置一個He－Ne激光器和大平板；使經(jīng)過平面反射鏡和及He－Ne激光器發(fā)出的光線的主光軸分別與大平板上的角度線重合；第四步，確定凹面全息光柵毛坯的位置，使三束激光的主光軸交點位置與凹面全息光柵毛坯的中心點重合。該方法對制作高質(zhì)量的凹面全息光柵有直接的重大價值。
文檔編號G02B5/18GK101082804SQ20061001690
公開日2007年12月5日 申請日期2006年6月2日 優(yōu)先權日2006年6月2日
發(fā)明者李文昊, 巴音賀希格, 齊向東, 李英海 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所