利用雙透射式全息光柵消色差系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種利用雙透射式全息光柵消色差系統(tǒng)，包括OLED顯示屏、光柵G1和光柵G2，所述OLED顯示屏的長(zhǎng)邊為l＝7.62mm，距離光柵G1的垂直距離為Z1＝70mm，光柵G1的周期為d1＝430.00 nm，光柵G2周期d2＝457.64 nm。本發(fā)明提供的利用雙透射式全息光柵消色差系統(tǒng)及方法，驗(yàn)證了雙光柵成像消色差的理論，如果將其傳播放入平面光波導(dǎo)，只是改變了光波的傳輸方式，可以滿足全息光波導(dǎo)消色差的目標(biāo)。
【專利說明】利用雙透射式全息光柵消色差系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種利用雙透射式全息光柵消色差系統(tǒng)及方法，屬于全息波導(dǎo)光柵領(lǐng) 域。

【背景技術(shù)】
[0002] 全息波導(dǎo)光柵利用光柵的衍射原理，將衍射光通過全反射原理，使其進(jìn)入玻璃基 底中形成波導(dǎo)進(jìn)行傳播，當(dāng)遇到另一塊光柵后，則同樣通過光柵的衍射原理，從波導(dǎo)中出射 進(jìn)入人的眼睛。這樣人可以透過玻璃觀察到遠(yuǎn)處的景物，又可以同時(shí)觀察由波導(dǎo)傳輸形成 的圖像。
[0003] 全息記錄按其物理意義可被稱為波前的記錄和重現(xiàn)，是1948年英國(guó)物理學(xué)家丹 尼斯·蓋伯在1948年提出的。蓋伯從理論和實(shí)驗(yàn)上證明，用一個(gè)參考光波和物體的衍射光 波（物光波）干涉，可以完全記錄物光波的振幅和相位信息，并且由此干涉圖可以對(duì)照明光 波進(jìn)行衍射，從而再現(xiàn)原來的物光波，及物體的像。
[0004] 波前記錄從光的干涉基本原理理論可知，雙光束干涉的強(qiáng)度分布于兩束光的位相 差有關(guān)，等強(qiáng)度線即是等相位差線。如果一束相干光為簡(jiǎn)單光波（比如平面波或者球面 波），它在記錄平面的位相分布為已知，于是干涉強(qiáng)度分布就和另一束的位相分布具有簡(jiǎn)單 的對(duì)應(yīng)關(guān)系。利用參考光和物光波的干涉可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物光波位相的編碼。
[0005] 波前的重現(xiàn)是以全息圖對(duì)再現(xiàn)光波的衍射為基礎(chǔ)。為此，用一束相干光波照射全 息圖，如果再現(xiàn)光波就是記錄是的參考光波，這正是原始物體光波的重現(xiàn)。對(duì)觀察者來說， 由全息圖重現(xiàn)的物光波和從原始物體發(fā)出的物光波是沒有區(qū)別的。
[0006] 光在傳播路徑中，遇到不透明或透明的障礙物，繞過障礙物，產(chǎn)生偏離直線傳播的 現(xiàn)象稱為光的衍射?；莞固岢?，媒質(zhì)上波陣面上的各點(diǎn)，都可以看成是發(fā)射子波的波源， 其后任意時(shí)刻這些子波的包跡，就是該時(shí)刻新的波陣面?；莞?菲涅爾原理能定性地描 述衍射現(xiàn)象中光的傳播問題。菲涅爾充實(shí)了惠更斯原理，他提出波前上每個(gè)面元都可視為 子波的波源，在空間某點(diǎn)P的振動(dòng)是所有這些子波在該點(diǎn)產(chǎn)生的相干振動(dòng)的疊加，稱為惠 更斯-菲涅爾原理。
[0007] 根據(jù)光柵的標(biāo)量衍射理論，可得：
[0008] d(nsinP diff,k+sin Θ in。）= kX其中d為光柵的周期，k為衍射級(jí)次，η為波導(dǎo)介質(zhì) 的折射率，i3diff，k為波導(dǎo)中的第k級(jí)衍射角，0inc為入射角，λ為波長(zhǎng)。
[0009] 耦合波理論是從麥克斯韋方程出發(fā)，根據(jù)記錄介質(zhì)在有調(diào)制的情況下的電學(xué)或者 光學(xué)常數(shù)，直接解出方程組，可以求出在各種情況下衍射效率。
[0010] 耦合波理論假設(shè)接近布拉格角的單波長(zhǎng)光入射到體積全息光柵中，只有兩束光被 假設(shè)出現(xiàn)在光柵中，一束為入射的參考光波，另一束為信號(hào)光波。只有滿足或者至少近似滿 足布拉格條件的光波才會(huì)被考慮，其他的多級(jí)衍射或者強(qiáng)烈的違背了布拉格條件的將不被 考慮。這些假設(shè)使得耦合波理論只對(duì)體積全息光柵適用。
[0011] 物光波和參考光波相干疊加，在三維空間形成了干涉場(chǎng)，如果這些干涉場(chǎng)被厚的 全息記錄材料記錄下來，則全息圖上的干涉條紋則為三維干涉場(chǎng)的等強(qiáng)度面與記錄材料的 截面。一般全息記錄材料的厚度大于干涉條紋空間周期，甚至全息材料的厚度超過50個(gè)條 紋間距。這種情況下，平面全息圖的衍射機(jī)理將不再適用，必須考慮全息圖的三維特性，這 種建立在三維模型基礎(chǔ)上的全息圖稱為體積全息圖。
[0012] 當(dāng)兩束光從記錄材料的同一側(cè)入射時(shí)，再現(xiàn)時(shí)要在照明光波的透射方向觀察，稱 為透射式體積全息圖。如圖記錄光波分別從介質(zhì)的兩側(cè)入射時(shí)，則在現(xiàn)實(shí)要從照明光波的 反射方向觀察，這種全息圖稱為反射式全息圖。圖中的虛線表示等強(qiáng)度面。對(duì)稱記錄的點(diǎn) 基元體積全息圖，其等強(qiáng)度面是一組與光軸平行或者垂直的平行等間距的平面條紋。
[0013] 當(dāng)照明光波進(jìn)入體積全息圖以后，將在全息光柵的每一個(gè)點(diǎn)處發(fā)生衍射，引起入 射波和衍射波之間的能量耦合。因此描述照明光波在體積全息圖中的傳播，必須應(yīng)用非均 勻介質(zhì)中的麥克斯韋方程和相應(yīng)的邊界條件。耦合波理論即是這樣一種衍射理論，它通過 求解非均勻介質(zhì)中的麥克斯韋方程，從而得出不同類型體積全息圖衍射效率的解析表達(dá) 式。
[0014] 目前的消色差的方法是利用了全息材料，對(duì)全息材料進(jìn)行曝光實(shí)現(xiàn)一層體積全息 光柵進(jìn)行消色差，但是這種方式實(shí)施較為復(fù)雜，對(duì)材料也有極大的浪費(fèi)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供
[0016] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案：相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供 的利用雙透射式全息光柵消色差系統(tǒng)包括0LED顯示屏、光柵G1和光柵G2,所述0LED顯 示屏的長(zhǎng)邊為1 = 7. 62mm，距離光柵G1的垂直距離為Z1 = 70mm，光柵G1的周期為dl = 430. OOnm，光柵 G2 周期 d2 = 457. 64nm。
[0017] 本發(fā)明還提供一種利用雙透射式全息光柵消色差方法，包括發(fā)光源、光柵G1和光 柵G2,其中
[0018] 所述發(fā)光源為白光LED手電筒，所述光柵G1和光柵G2均為全息波導(dǎo)光柵，白光 LED手電筒發(fā)出的光經(jīng)過光柵G1衍射，產(chǎn)生一級(jí)多色光譜，被光柵G2接收，并產(chǎn)生負(fù)一級(jí)衍 射，進(jìn)入人眼睛，由于光柵的光譜匯聚作用，人眼看到完全消色差的白色手電筒像；
[0019] 所述全息透射式光柵G1，G2周期分別為dl = 632nm，d2 = 1822nm，所述LED手電 筒與光柵G1和光柵G2的垂直距離分別為zl = 70. 00mm，z2 = 201. 55mm，手電筒的直徑為 25mm〇
[0020] 本發(fā)明提供的利用雙透射式全息光柵消色差系統(tǒng)及方法，驗(yàn)證了雙光柵成像消色 差的理論，如果將其傳播放入平面光波導(dǎo)，只是改變了光波的傳輸方式，可以滿足全息光波 導(dǎo)消色差的目標(biāo)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1為雙光柵成像原理圖；
[0022] 圖2為波導(dǎo)雙光柵成像示意圖；
[0023] 圖3為波導(dǎo)雙光柵光路示意圖；
[0024] 圖4a為手電筒原始像效果圖；
[0025] 圖4b為成像效果圖；
[0026] 圖5a為全息記錄光路原理圖；
[0027] 圖5b為全息記錄實(shí)際光路圖；
[0028] 圖6a為波導(dǎo)雙光柵驗(yàn)證光路示意圖；
[0029] 圖6b為波導(dǎo)雙光柵實(shí)際光路不意圖；
[0030] 圖7a為手電筒原始像實(shí)驗(yàn)效果圖；
[0031] 圖7b為消色差后成像效果圖；

【具體實(shí)施方式】
[0032] 本發(fā)明提供一種利用雙透射式全息光柵消色差系統(tǒng)，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方 案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解， 此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0033] 實(shí)施例
[0034] 全息記錄材料，曝光光強(qiáng)，曝光時(shí)間，曝光時(shí)環(huán)境的穩(wěn)定程度，后期的顯影定影都 會(huì)對(duì)衍射效率的提高有所影響。分別采用了銀鹽干板和光致聚合物作為全息記錄材料。激 光器發(fā)出的光經(jīng)過分束鏡后，形成兩束，分別通過濾波器形成均勻的球面波，再經(jīng)過準(zhǔn)直透 鏡形成平面波，然后經(jīng)過平面反射鏡，在全息干板的記錄平面交匯。兩束光的偏振方向一 致，兩束光的光強(qiáng)相同。
[0035] 透射式全息光柵一般可以看作平面光柵，根據(jù)光柵方程公式和光路的可逆性，光 柵具有匯聚光譜的作用。根據(jù)此效應(yīng)，可得出光柵成像的基本原理。如圖1所示，位于原點(diǎn) 〇的物體所發(fā)出的光通過光柵G1產(chǎn)生光譜向前傳播到達(dá)光柵G2,通過光柵G2的光譜匯聚， 即可得到白色的圖像進(jìn)入觀察人的眼睛。
[0036] 為使得光譜可以正好匯聚，則從光柵方程和光路幾何關(guān)系可以很容易得到如下關(guān) 系式：

【權(quán)利要求】
1. 一種利用雙透射式全息光柵消色差系統(tǒng)，其特征在于：包括OLED顯示屏、光柵G1和 光柵62，所述01^0顯示屏的長(zhǎng)邊為1 = 7.62111111，距離光柵61的垂直距離為21 = 7〇111111，光 柵G1的周期為屯=430. OOnm，光柵G2周期d2 = 457. 64nm。
2. -種利用雙透射式全息光柵消色差方法，包括發(fā)光源、光柵G1和光柵G2,其特征在 于： 所述發(fā)光源為白光LED手電筒，所述光柵G1和光柵G2均為全息波導(dǎo)光柵，白光LED手 電筒發(fā)出的光經(jīng)過光柵G1衍射，產(chǎn)生一級(jí)多色光譜，被光柵G2接收，并產(chǎn)生負(fù)一級(jí)衍射，進(jìn) 入人眼睛，由于光柵的光譜匯聚作用，人眼看到完全消色差的白色手電筒像； 所述全息透射式光柵Gl，G2周期分別為屯=632nm，d2 = 1822nm，所述LED手電筒與 光柵G1和光柵G2的垂直距離分別為Zi = 70. 00mm，Z2 = 201. 55mm，手電筒的直徑為25mm。
【文檔編號(hào)】G02B5/32GK104280892SQ201410539228
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月27日
【發(fā)明者】鄭敏 申請(qǐng)人:鄭敏