專利名稱：一種點(diǎn)陣素面彩虹光變圖像的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全息圖像的獲得工藝及設(shè)備，尤其涉及一種點(diǎn)陣素面彩虹(大幅面正交彩虹)光變圖像的制作方法。
背景技術(shù)：
在激光全息應(yīng)用中，由于正交光柵不論在何種角度下均可以觀察到彩虹效果的特點(diǎn)，使得大幅面正交彩虹效果(素面彩虹光柵)材料成為目前應(yīng)用最廣泛、最重要的激光材料，在印刷、包裝、手機(jī)和家用電器領(lǐng)域獲得大規(guī)模應(yīng)用。
傳統(tǒng)的素面彩虹光變圖像的制作方法，見附圖1，由激光光源1產(chǎn)生的激光束經(jīng)過分束器7分成兩束光，經(jīng)過反射鏡17、18、19和擴(kuò)束器20、21擴(kuò)束，在光刻膠干板22上形成干涉。在曝光一次后，將光刻膠干板旋轉(zhuǎn)90度，再曝光一次，最終在光刻膠干板上形成正交光柵結(jié)構(gòu)，如圖2所示。當(dāng)用白光照射時(shí)，素面彩虹光柵的衍射光場(chǎng)形成附圖3所示的彩虹衍射圖樣。
采用上述制作方法，只要擴(kuò)束面積增大，形成的干涉區(qū)間就增大，用于制作大幅面的素面彩虹光變圖像，從方法上看制作過程簡(jiǎn)單。然而，在實(shí)際制作中，為獲得大幅面的圖像，需要有足夠大的防震平臺(tái)，大功率的激光器和足夠大的擴(kuò)束面積。從而，其難度在于(1)要求激光器的輸出功率很大，曝光時(shí)間長(zhǎng)；通常，光刻膠干板的靈敏度在10mJ/cm2，如激光束的功率為800mW(413.1nm)，擴(kuò)束到直徑1400mm的圓光斑時(shí)，能均勻有效地曝光的幅面為800mm×800mm，考慮到光路能量損失，實(shí)際的曝光時(shí)間約為20分鐘；(2)干涉系統(tǒng)要有極其嚴(yán)格的抗震性能，在曝光期間，不能有超過0.125微米的條紋移動(dòng)，這是一個(gè)極其嚴(yán)格的技術(shù)要求；(3)相干長(zhǎng)度長(zhǎng)，如制作面積為800mm×800mm，則相干長(zhǎng)度需要1m以上。
由于曝光時(shí)間需要數(shù)十分鐘，通常的記錄穩(wěn)定性條件很難得到滿足。所以，具有上述大面積素面彩虹光柵的制作能力的單位僅為極少數(shù)。
另一方面，隨著市場(chǎng)應(yīng)用的不斷深入，原有素面光柵的美觀效果已經(jīng)不能滿足應(yīng)用的要求，在使用功能上，需要既有素面彩虹的美觀效果，又能具備防偽功能，即希望在素面彩虹光柵上增加具有動(dòng)態(tài)、立體和加密的各種光變圖像。采用上述全息干涉制作素面彩虹光柵的方法，在其上鑲嵌其它圖像尤其是動(dòng)態(tài)光變圖像非常困難，因而難以滿足上述應(yīng)用要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種能降低大幅面素面彩虹圖像制作條件要求，又能與其它效果衍射光變圖像鑲嵌的點(diǎn)陣素面彩虹光柵的制作方法。本發(fā)明同時(shí)提供采用該方法制作點(diǎn)陣素面彩虹光柵圖像的裝置。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種點(diǎn)陣素面彩虹光變圖像的制作方法，包括下列步驟(1)制備一種具有正交光點(diǎn)輸出的光學(xué)元件，其有效面積不小于5mm×5mm，不大于15mm×15mm，所述正交光點(diǎn)輸出，是指四個(gè)正交光點(diǎn)衍射項(xiàng)(1，0)(-1，0)(0，1)(0，-1)；(2)構(gòu)建一個(gè)4F光學(xué)系統(tǒng)，激光光源發(fā)出的光經(jīng)準(zhǔn)直處理和光闌后作為入射光，在4F光學(xué)系統(tǒng)的像平面位置放置記錄材料，將步驟(1)獲得的光學(xué)元件放置在其變換平面上，作為分束元件，使得入射光被分成四束光，經(jīng)透鏡組成像后，在記錄材料表面形成干涉條紋單元，其中，所述4F光學(xué)系統(tǒng)的前焦距大于后焦距，在像平面上獲得的是光闌的縮小像，所述激光光源采用短相干長(zhǎng)度的激光器，相干長(zhǎng)度小于1毫米，使得衍射級(jí)次(1，0)與(-1，0)干涉，(0，1)與(0，-1)干涉；(3)改變光學(xué)系統(tǒng)與記錄材料的相對(duì)位置，在記錄材料上分別記錄步驟(2)獲得的干涉條紋單元，逐點(diǎn)光刻出點(diǎn)陣素面光柵，獲得所需點(diǎn)陣素面彩虹光變圖像。
上述技術(shù)方案中，在所述4F光學(xué)系統(tǒng)的入射光光路上的光闌，是一個(gè)可調(diào)大小的矩形光闌。
上述技術(shù)方案中，所述具有正交光點(diǎn)輸出的光學(xué)元件可以選擇下列任意一種方案實(shí)現(xiàn)1.由浮雕型位相正交光柵和擋光片構(gòu)成，所述擋光片遮擋四個(gè)對(duì)角線上的(1，1)(1，-1)(-1，1)(-1，-1)交叉項(xiàng)以及零級(jí)光(0，0)。光柵g作為分束元件，在激光束照射下會(huì)形成包括零級(jí)光在內(nèi)的九個(gè)光點(diǎn)，各級(jí)衍射級(jí)次可表示為，零級(jí)光(0，0)；交叉項(xiàng)(1，1)(1，-1)(-1，1)(-1，-1)；正交衍射項(xiàng)(1，0)(-1，0)(0，1)(0，-1)。用擋光片擋掉四個(gè)對(duì)角線上的(1，1)(1，-1)(-1，1)(-1，-1)交叉項(xiàng)以及零級(jí)光(0，0)，讓四個(gè)衍射級(jí)次(1，0)(-1，0)(0，1)(0，-1)經(jīng)過透鏡成像組，可以在光刻膠干板上形成四光束相互正交干涉。
在光刻膠干板上記錄正交干涉條紋后，經(jīng)過處理后得到浮雕型正交光柵G。由于光柵g與光刻膠干板共軛，從光路上分析可知，由正負(fù)一級(jí)衍射光干涉形成的光柵G的空間頻率是分束元件g空間頻率的2倍。如果分束用正交光柵g的空間頻率為500線對(duì)/mm，那么，正交素面彩虹光柵G的空間頻率為1000線對(duì)/mm。
其中，作為分束元件的浮雕型位相正交光柵可以是整體結(jié)構(gòu)，其制作為，先用制作光柵的方法對(duì)光刻膠干板曝光一次，將光刻膠干板旋轉(zhuǎn)90°后，再曝光一次，即可形成浮雕型位相正交光柵。
所述浮雕型位相正交光柵也可以采用兩片相互正交的一維光柵浮雕面相貼，重疊在一起構(gòu)成。采用兩片一維光柵組合的優(yōu)點(diǎn)是，兩片光柵的空間頻率可以不同，形成的素面彩虹光柵的在不同方向上的衍射效果不同。
用正交光柵的技術(shù)方案，分束元件制作簡(jiǎn)便，但是，由于衍射級(jí)次較多，使得能量利用率較低。一維矩形槽型衍射光柵的一級(jí)衍射效率理論上可達(dá)81％，二維正交后，產(chǎn)生4個(gè)互調(diào)制項(xiàng)，這樣，衍射級(jí)次(1，0)(-1，0)(0，1)(0，-1)的總衍射效率小于40％。
2.為了提高分束元件的能量利用率，可以采用二元位相元件來作為產(chǎn)生正交衍射光場(chǎng)的分束元件，即具有正交光點(diǎn)輸出的光學(xué)元件為二元位相元件，其制作方法是，以輸出光場(chǎng)為F(x，y)為目標(biāo)函數(shù)，其振幅分布可表示為δ(x-a，y)+δ(x，y-b)，求解具有兩位相臺(tái)階的二元位相角分布φ(u，v)，位相臺(tái)階為{0，π}，則再現(xiàn)的輸出光場(chǎng)可表示為，F(xiàn)(x，y)＝F{exp[iφ(u，v)]}＝δ(x-a，y)+δ(x，y-b)+δ(x+a，y)+δ(x，y+b)采用通過迭代Fourier變換運(yùn)算來計(jì)算二元位相結(jié)構(gòu)分布φ(u，v)，至少進(jìn)行20次迭代Fourier變換運(yùn)算，獲得所述二元位相元件的分布，采用計(jì)算機(jī)控制的光刻法光刻制作，獲得所需二元位相元件。
上述技術(shù)方案中，二元光學(xué)元件的設(shè)計(jì)可以采用成熟的標(biāo)量衍射理論，目前有多種算法可以采用，例如采用GS迭代算法。
經(jīng)過20次迭代Fourier變換運(yùn)算，一級(jí)衍射總衍射效率為75.6％。通過元件的槽形深度進(jìn)行控制h＝λ/[2(n-1)]，實(shí)際制作后，二元光學(xué)元件的衍射效率＞60％。
上述技術(shù)方案中，采用的光學(xué)元件將入射光分成四束光，經(jīng)過透鏡組成像，在記錄材料表面上形成干涉條紋。由于四束光是對(duì)稱結(jié)構(gòu)，這樣，干涉型光學(xué)頭的干涉是零光程差干涉。由于干涉光學(xué)頭具有零光程差干涉特性，為了得到對(duì)比度更好的正交干涉條紋，所以，本發(fā)明提出采用短相干長(zhǎng)度的激光器，使得衍射級(jí)次(1，0)與(-1，0)干涉；(0，1)與(0，-1)干涉，它們相互之間沒有互干涉。這樣的激光器有，半導(dǎo)體激光器(blue laser，405nm)和紫外輸出的半導(dǎo)體泵浦的固體激光器(DPSSL，351nm或355nm)，相干長(zhǎng)度一般小于0.5mm。
本發(fā)明提供的一種點(diǎn)陣素面彩虹光變圖像的制作裝置，包括干涉型光學(xué)頭、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和控制系統(tǒng)，所述干涉型光學(xué)頭由光源、光束整形系統(tǒng)和干涉系統(tǒng)構(gòu)成，光源發(fā)出的激光經(jīng)光束整形系統(tǒng)整形后由干涉系統(tǒng)進(jìn)行分光干涉，干涉型光學(xué)頭和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)間可以作X、Y兩維相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所述的干涉系統(tǒng)的分光前光路和分光后光路構(gòu)成縮微的4F系統(tǒng)，在4F系統(tǒng)的變換平面上，放置有一個(gè)光學(xué)元件，所述光學(xué)元件具有四個(gè)正交光點(diǎn)衍射項(xiàng)(1，0)(-1，0)(0，1)(0，-1)，所述光束整形系統(tǒng)包括可調(diào)矩形光闌和透鏡組。
上述技術(shù)方案中，所述光源采用短相干長(zhǎng)度的激光器，相干長(zhǎng)度小于1毫米。
由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明通過制備具有正交光點(diǎn)輸出的光學(xué)元件，將其放置到多光束激光干涉系統(tǒng)中的變換平面上，從而可以采用多光束激光干涉來實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣素面彩虹光變圖像的制作，具有正交光點(diǎn)輸出的光學(xué)元件的有效面積通常在10mm×10mm左右，易于獲得，從而大大降低了制作大幅面點(diǎn)陣素面彩虹光變圖像的技術(shù)要求。
2.通過更換不同正交特性的位相元或者改變正交位相元件的取向，可以獲得不同衍射效果的點(diǎn)陣素面彩虹圖像的效果。
3.由于采用干涉系統(tǒng)分單元光刻實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明的點(diǎn)陣素面彩虹光柵的制作方法可與數(shù)字化光變圖像(一維光柵構(gòu)成的圖像)相互鑲嵌，從而，本發(fā)明提供了一種新的數(shù)字化點(diǎn)陣素面光變圖像的先進(jìn)制造方法。


附圖1為現(xiàn)有技術(shù)中全息干涉法記錄正交光柵光路示意圖；附圖2為現(xiàn)有技術(shù)制作的大幅面素面彩虹光柵結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3白光照明下素面彩虹光柵衍射效果圖；附圖4為實(shí)施例一中采用的正交光柵示意圖；附圖5為實(shí)施例一的正交光柵在激光照明下的多光束衍射光場(chǎng)及擋光片分布示意圖；附圖6為實(shí)施例一的干涉光刻系統(tǒng)示意圖；附圖7為本發(fā)明實(shí)施例一素面點(diǎn)陣光柵結(jié)構(gòu)；附圖8為實(shí)施例一中不同取向的素面點(diǎn)陣光柵結(jié)構(gòu)組合；附圖9為實(shí)施例一中不同空間頻率的正交素面光柵結(jié)構(gòu)的組合；附圖10為實(shí)施例一中正交素面彩虹光柵與一維光變圖像的鑲嵌組合；附圖11為實(shí)施例二中采用迭代傅里葉變換時(shí)的目標(biāo)光場(chǎng)分布示意圖；附圖12為實(shí)施例二中的二元光學(xué)元件的二臺(tái)階位相分布示意圖；附圖13為實(shí)施例二中再現(xiàn)的正交光場(chǎng)分布示意圖。
其中[1]、激光光源；[2]、準(zhǔn)直鏡；[3]、可變矩形光闌；[4]、物鏡；[5]、反射鏡；[6]、透鏡；[7]、分束元件；[8]、成像透鏡組；[9]、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；[10]、平臺(tái)；[11]、記錄材料；[12]、工作平臺(tái)；[13]、TTL與功率控制的激光電源；[14、15]、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；[16]、計(jì)算機(jī)；[17、18、19]、反射鏡；[20、21]、擴(kuò)束器；[22]、光刻膠干板。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述實(shí)施例一參見附圖4至附圖10所示，一種點(diǎn)陣素面彩虹光變圖像的制作方法，包括下列步驟(1)制備一種具有正交光點(diǎn)輸出的光學(xué)元件，其有效面積不小于5mm×5mm，不大于15mm×15mm，所述正交光點(diǎn)輸出，是指四個(gè)正交光點(diǎn)衍射項(xiàng)(1，0)(-1，0)(0，1)(0，-1)；(2)構(gòu)建一個(gè)4F光學(xué)系統(tǒng)，激光光源發(fā)出的光經(jīng)準(zhǔn)直處理和光闌后作為入射光，在4F光學(xué)系統(tǒng)的像平面位置放置記錄材料，將步驟(1)獲得的光學(xué)元件放置在其變換平面上，作為分束元件，使得入射光被分成四束光，經(jīng)透鏡組成像后，在記錄材料表面形成干涉條紋單元，其中，所述4F光學(xué)系統(tǒng)的前焦距大于后焦距，在像平面上獲得的是光闌的縮小像，所述激光光源采用短相干長(zhǎng)度的激光器，相干長(zhǎng)度小于1毫米，使得衍射級(jí)次(1，0)與(-1，0)干涉，(0，1)與(0，-1)干涉；(3)改變光學(xué)系統(tǒng)與記錄材料的相對(duì)位置，在記錄材料上分別記錄步驟(2)獲得的干涉條紋單元，逐點(diǎn)光刻出點(diǎn)陣素面光柵，獲得所需點(diǎn)陣素面彩虹光變圖像。
其中，在所述4F光學(xué)系統(tǒng)的入射光光路上的光闌，是一個(gè)可調(diào)大小的矩形光闌。
本實(shí)施例中，所述具有正交光點(diǎn)輸出的光學(xué)元件由浮雕型位相正交光柵和擋光片構(gòu)成，所述擋光片遮擋四個(gè)對(duì)角線上的(1，1)(1，-1)(-1，1)(-1，-1)交叉項(xiàng)以及零級(jí)光(0，0)。
本實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)上述方法的制作裝置，包括干涉型光學(xué)頭、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和控制系統(tǒng)，所述干涉型光學(xué)頭由光源、光束整形系統(tǒng)和干涉系統(tǒng)構(gòu)成，光源發(fā)出的激光經(jīng)光束整形系統(tǒng)整形后由干涉系統(tǒng)進(jìn)行分光干涉，干涉型光學(xué)頭和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)間可以作X、Y兩維相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所述的干涉系統(tǒng)的分光前光路和分光后光路構(gòu)成縮微的4F系統(tǒng)，在4F系統(tǒng)的變換平面上，放置有一個(gè)光學(xué)元件，所述光學(xué)元件具有四個(gè)正交光點(diǎn)衍射項(xiàng)(1，0)(-1，0)(0，1)(0，-1)，所述光學(xué)元件位于一可控轉(zhuǎn)臺(tái)上，所述光束整形系統(tǒng)包括可調(diào)矩形光闌和透鏡組，所述光源采用短相干長(zhǎng)度的激光器，相干長(zhǎng)度小于1毫米。
具體的結(jié)構(gòu)，參見附圖6所示，根據(jù)光路方向，依次包括激光光源1、準(zhǔn)直鏡2、可變矩形光闌3、物鏡4、反射鏡5和透鏡6構(gòu)成的分束前系統(tǒng)，相當(dāng)于4F系統(tǒng)的分頻部分，分束元件7采用浮雕型位相正交光柵，起選頻作用，成像透鏡組8起合成作用，物鏡4的焦距大于透鏡組8的焦距，最終在工件表面上形成光闌的縮小像，分束元件7設(shè)置于轉(zhuǎn)臺(tái)上，由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)9驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整方向；整個(gè)干涉光學(xué)頭裝配在水平運(yùn)動(dòng)(X方向)的平臺(tái)10上，記錄材料11放置在工作平臺(tái)12(Y方向運(yùn)動(dòng))上；另外包括TTL與功率控制的激光電源[13]、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)[14]、[15]和計(jì)算機(jī)[16]。對(duì)稱衍射光結(jié)構(gòu)干涉型光學(xué)頭的干涉是零光程差干涉。整個(gè)制作過程可以由計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)完成。
上述結(jié)構(gòu)中，通過光束整型，光闌檔掉部分邊緣光束，工件表面的光點(diǎn)內(nèi)的光強(qiáng)比較均勻，有利于微米級(jí)干涉條紋的均勻光刻。
基于圖6的干涉光刻系統(tǒng)，用正交位相光柵作為分束元件，四光點(diǎn)在光刻膠干板上進(jìn)行正交干涉，獲得具有正交干涉條紋的方型光點(diǎn)，連續(xù)曝光運(yùn)行后得到大面積的點(diǎn)陣素面彩虹光柵分布。如果激光器的輸出功率為60mW，干涉光點(diǎn)的尺寸為20微米一160微米，單正交干涉光點(diǎn)的曝光時(shí)間為1ms以下，這樣，記錄過程中的穩(wěn)定性要求大大下降。控制干涉光刻系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行，逐點(diǎn)光刻出點(diǎn)陣素面光柵，最終可形成大幅面尺寸。
本實(shí)施例采用具有正交衍射特性的正交光柵，可形成四束相互正交的衍射光，在光刻膠上獲得具有正交干涉條紋的方形光點(diǎn)，如附圖7所示，該結(jié)構(gòu)的光變圖像具有素面彩虹效果。
通過控制圖6中的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)9，可以改變正交光束的取向，從而形成不同取向的正交干涉條紋，如圖8所示。所制作的光變圖像的衍射光場(chǎng)會(huì)隨著干涉條紋取向的改變而不同。
通過更換不同空間頻率的正交光柵，來改變四束衍射級(jí)次的衍射角度，從而改變正交干涉光點(diǎn)內(nèi)的空間頻率，實(shí)現(xiàn)不同效果的點(diǎn)陣素面衍射效果的制作，參見圖9所示。
更換圖6中的分束元件，在過程中某些位置采用如一維光柵元件，消色散光柵元件，進(jìn)行兩光束干涉，可制作具有復(fù)雜光變效果的衍射圖像。由于更換位相元件不影響光點(diǎn)的位置，因此，上述方法可以實(shí)現(xiàn)正交素面彩虹圖像與其他效果衍射光變圖像的任意鑲嵌結(jié)合。參見圖10所示。
實(shí)施例二一種點(diǎn)陣素面彩虹光變圖像的制作方法，包括下列步驟(1)制備一種具有正交光點(diǎn)輸出的光學(xué)元件，其有效面積不小于5mm×5mm，不大于15mm×15mm，所述正交光點(diǎn)輸出，是指四個(gè)正交光點(diǎn)衍射項(xiàng)(1，0)(-1，0)(0，1)(0，-1)；(2)構(gòu)建一個(gè)4F光學(xué)系統(tǒng)，激光光源發(fā)出的光經(jīng)準(zhǔn)直處理和光闌后作為入射光，在4F光學(xué)系統(tǒng)的像平面位置放置記錄材料，將步驟(1)獲得的光學(xué)元件放置在其變換平面上，作為分束元件，使得入射光被分成四束光，經(jīng)透鏡組成像后，在記錄材料表面形成干涉條紋單元，其中，所述4F光學(xué)系統(tǒng)的前焦距大于后焦距，在像平面上獲得的是光闌的縮小像，所述激光光源采用短相干長(zhǎng)度的激光器，相干長(zhǎng)度小于1毫米，使得衍射級(jí)次(1，0)與(-1，0)干涉，(0，1)與(0，-1)干涉；(3)改變光學(xué)系統(tǒng)與記錄材料的相對(duì)位置，在記錄材料上分別記錄步驟(2)獲得的干涉條紋單元，逐點(diǎn)光刻出點(diǎn)陣素面光柵，獲得所需點(diǎn)陣素面彩虹光變圖像。
本實(shí)施例中，所述具有正交光點(diǎn)輸出的光學(xué)元件為二元位相元件，其制作方法是，以輸出光場(chǎng)為F(x，y)為目標(biāo)函數(shù)，參見附圖11所示，其振幅分布可表示為δ(x-a，y)+δ(x，y-b)，求解具有兩位相臺(tái)階的二元位相角分布φ(u，v)，位相臺(tái)階為{0，π}，則再現(xiàn)的輸出光場(chǎng)可表示為，F(xiàn)(x，y)＝F{exp[iφ(u，v)]}＝δ(x-a，y)+δ(x，y-b)+δ(x+a，y)+δ(x，y+b)采用通過迭代Fourier變換運(yùn)算來計(jì)算二元位相結(jié)構(gòu)分布φ(u，v)，見圖12，二臺(tái)階位相結(jié)構(gòu)的再現(xiàn)光場(chǎng)如圖13所示，形成四個(gè)光點(diǎn)δ(x-a，y)，δ(x，y-b)，δ(x+a)，δ(x，y+b)，相互正交。至少進(jìn)行20次迭代Fourier變換運(yùn)算，獲得所述二元位相元件的分布，采用計(jì)算機(jī)控制的光刻法光刻制作，獲得所需二元位相元件。
權(quán)利要求
1.一種點(diǎn)陣素面彩虹光變圖像的制作方法，其特征在于，包括下列步驟(1)制備一種具有正交光點(diǎn)輸出的光學(xué)元件，其有效面積不小于5mm×5mm，不大于15mm×15mm，所述正交光點(diǎn)輸出，是指四個(gè)正交光點(diǎn)衍射項(xiàng)(1，0)(-1，0)(0，1)(0，-1)；(2)構(gòu)建一個(gè)4F光學(xué)系統(tǒng)，激光光源發(fā)出的光經(jīng)準(zhǔn)直處理和光闌后作為入射光，在4F光學(xué)系統(tǒng)的像平面位置放置記錄材料，將步驟(1)獲得的光學(xué)元件放置在其變換平面上，作為分束元件，使得入射光被分成四束光，經(jīng)透鏡組成像后，在記錄材料表面形成干涉條紋單元，其中，所述4F光學(xué)系統(tǒng)的前焦距大于后焦距，在像平面上獲得的是光闌的縮小像，所述激光光源采用短相干長(zhǎng)度的激光器，相干長(zhǎng)度小于1毫米，使得衍射級(jí)次(1，0)與(-1，0)干涉，(0，1)與(0，-1)干涉；(3)改變光學(xué)系統(tǒng)與記錄材料的相對(duì)位置，在記錄材料上分別記錄步驟(2)獲得的干涉條紋單元，逐點(diǎn)光刻出點(diǎn)陣素面光柵，獲得所需點(diǎn)陣素面彩虹光變圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)陣素面彩虹光變圖像的制作方法，其特征在于在所述4F光學(xué)系統(tǒng)的入射光光路上的光闌，是一個(gè)可調(diào)大小的矩形光闌。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)陣素面彩虹光變圖像的制作方法，其特征在于所述具有正交光點(diǎn)輸出的光學(xué)元件由浮雕型位相正交光柵和擋光片構(gòu)成，所述擋光片遮擋四個(gè)對(duì)角線上的(1，1)(1，-1)(-1，1)(-1，-1)交叉項(xiàng)以及零級(jí)光(0，0)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的點(diǎn)陣素面彩虹光變圖像的制作方法，其特征在于所述浮雕型位相正交光柵采用兩片相互正交的一維光柵浮雕面相貼，重疊在一起構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)陣素面彩虹光變圖像的制作方法，其特征在于所述具有正交光點(diǎn)輸出的光學(xué)元件為二元位相元件，其制作方法是，以輸出光場(chǎng)為F(x，y)為目標(biāo)函數(shù)，其振幅分布可表示為δ(x-a，y)+δ(x，y-b)，求解具有兩位相臺(tái)階的二元位相角分布φ(u，v)，位相臺(tái)階為{0，π}，則再現(xiàn)的輸出光場(chǎng)可表示為，F(xiàn)(x，y)＝F{exp[iφ(u，v)]}＝δ(x-a，y)+δ(x，y-b)+δ(x+a，y)+δ(x，y+b)采用通過迭代Fourier變換運(yùn)算來計(jì)算二元位相結(jié)構(gòu)分布φ(u，v)，至少進(jìn)行20次迭代Fourier變換運(yùn)算，獲得所述二元位相元件的分布，采用計(jì)算機(jī)控制的光刻法光刻制作，獲得所需二元位相元件。
6.一種點(diǎn)陣素面彩虹光變圖像的制作裝置，包括干涉型光學(xué)頭、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和控制系統(tǒng)，所述干涉型光學(xué)頭由光源、光束整形系統(tǒng)和干涉系統(tǒng)構(gòu)成，光源發(fā)出的激光經(jīng)光束整形系統(tǒng)整形后由干涉系統(tǒng)進(jìn)行分光干涉，干涉型光學(xué)頭和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)間可以作X、Y兩維相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其特征在于所述的干涉系統(tǒng)的分光前光路和分光后光路構(gòu)成縮微的4F系統(tǒng)，在4F系統(tǒng)的變換平面上，放置有一個(gè)光學(xué)元件，所述光學(xué)元件具有四個(gè)正交光點(diǎn)衍射項(xiàng)(1，0)(-1，0)(0，1)(0，-1)，所述光束整形系統(tǒng)包括可調(diào)矩形光闌和透鏡組。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的點(diǎn)陣素面彩虹光變圖像的制作裝置，其特征在于所述光源采用短相干長(zhǎng)度的激光器，相干長(zhǎng)度小于1毫米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種點(diǎn)陣素面彩虹光變圖像的制作方法及其裝置，包括下列步驟(1)制備一種具有正交光點(diǎn)輸出的光學(xué)元件；(2)構(gòu)建一個(gè)4F光學(xué)系統(tǒng)，將步驟(1)獲得的光學(xué)元件放置在其變換平面上，作為分束元件，使得入射光被分成四束光，經(jīng)透鏡組成像后，在記錄材料表面形成干涉條紋單元，所述激光光源采用短相干長(zhǎng)度的激光器；(3)改變光學(xué)系統(tǒng)與記錄材料的相對(duì)位置，在記錄材料上分別記錄步驟(2)獲得的干涉條紋單元，逐點(diǎn)光刻出點(diǎn)陣素面光柵。本發(fā)明大大降低了制作大幅面點(diǎn)陣素面彩虹光變圖像的技術(shù)要求；同時(shí)可以獲得不同衍射效果的點(diǎn)陣素面彩虹圖像的效果，還可與數(shù)字化光變圖像相互鑲嵌。
文檔編號(hào)G03H1/04GK1837992SQ200610038418
公開日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2006年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月16日
發(fā)明者陳林森, 周小紅, 魏國軍, 解正東, 汪振華, 解劍鋒, 邵潔 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué), 蘇州蘇大維格數(shù)碼光學(xué)有限公司