高质量全息光栅的制作

第28卷第3期2002年5月

光学技术

OPTICALTECHNIOUE

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文章编号：1002-1582（2002）03-0255-02

VOI.28NO.3

May2002

高质量全息光栅的制作

（1.大连海事大学数理系，大连

摘

116026）

（2.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春

"

黄德康1，曹望和1，朱茂华1，臧春雨2，牛春辉2

130021）

要：全息光栅由感光版记录高斯光束干涉条纹制得，干涉条纹的不等宽性降低了光栅品质。制取高质量全息

光栅的关键是要用均匀平面波作光源。在分析干涉区内光强分布的基础上，给出了制作等周期正弦全息光栅的两种方法：限制曝光区大小的方法和高斯光束强度均匀化的方法。

关

键

词：全息光栅；高斯光束；干涉；均匀平面波。

文献标识码：A

中图分类号：TN205

Makingofhighgualityholographicgratings

HUANGDe-kang1，CAOWang-he1，ZHUMao-hua1，ZANGChun-yu2，NIUChun-hui2

（1.Dept.OfMathematicsandPhysics，DaIianMaritimeUniversity，DaIian（2.ChangchunInstituteOfOpticaI，FineMechanicsandPhisycs，Changchun

116026，China）130021，China）

Abstract：HOIOgraphicgratingsaremadebyrecOrdingtheinterferencefringesbetweentwOGuassIightbeamsOnhOIO-graphicpIates.ButthedifferenceOffringewidthIOwstheguaIityOfthegratings.TherefOre，inOrdertOmakeahighguaIityhOIOgraphicgratings，itisnecessarytOusetheunifOrmpIaneIightwaveastheirsOurces.ThrOughanaIyzingthedistributiOnOftheintensityOfIightintheareawherethetwOIightbeamsmeet，thetwOmethOdsOfmakingsinehOIOgraphicgratinswiththeeguaIperiOdsaregiven：theprOducingOfunifOrmpIaneIightwaveandtheIimitatiOnOftheexpOsurearea.

Keywords：hOIOgraphicgrating；GaussIightbeam；interference；unifOrmpIaneIightwave

实验室中常用He-Ne激光干涉的方法制取全息

光栅，光栅质量的好坏取决于栅条的平行性和等周期性。制作全息光栅的理想用光应是单色均匀平面波。

1干涉区内的光强分布

高斯光束经过扩束准直后在光腰附近可视为平面

波，但其横截面上的光强分布为高斯函数，因此是非均匀平面波。

-（ r）= 0e

2r/!

2

2

!

x（2）cOsh+cOs2!x2

"!

其中"x=#［（］。在xoz平面内放置全息干/2sin"/2）版，经曝光、显影、定影、漂白便可得到全息光栅，"x即

(

)+(

2

ysin2

)

2

+z2

>

[

()

]

是光栅常数。

假设曝光处于全息干版的线性感光区内，制得的全息光栅的透过率函数和曝光光强成正比。（2）式中的第二项决定干涉条纹的特征，它是余弦函数对高斯函数的调制，因此，xoz平面上干涉

的等光强线不是等宽度的平图2不等宽的干涉条纹行线，夸张的示意照片如图2。（2）式中括号内的第一项，即双曲余弦函数项是x的缓变函数，在讨论全息光栅制作时，与余弦函数项相比较可忽略去。显然造成干

（1）

光腰程的1，

"收稿日期：2001-05-23；收到修改稿日期：2001-06-07

作者简介：黄德康（1946-），男，上海人，大连海事大学副教授，从事激光测速、测厚、测振，激光自由通讯，激光扫描成像研究。

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光学技术

充同示。数透

第28卷

涉条纹不等宽的原因是光束截面上光强的不均匀性，那么提高全息正弦光栅制作质量的关键，首先是要用均匀平面波作光源。

!曝光区的选取

对全息光栅的质量要求不太高、光栅面积也不大

时，把高斯光束的中心部分当作均匀平面波来用也可以。在光强表达式（2）中，高斯函数因子记作I*

（x，I*z）=y，

I0exp

"

若取高斯光束干涉区内的等光强椭球面

+(ysin)(xcos)22

2

2

2

{

-2

(

xcos)+(

2

ysin2

)

2

+z2

}

#

（为lr）

（3）

（7）式中的"1时，

r2

2#

2

（lr）!l0-将（8）式代入（7）式得

（r）T!

（8）

（4）+z2=8

以内作为全息干版的曝光区，则光强的相对最大偏差

I0-I*

=1-e-1/4!20%I0

（5）

2T0e#

（9）

其中T0=e-$l0为滤光镜中心处的透过率。（9）式为反高斯函数。高斯光束通过滤光镜后的光强

（r）=I/

-()r（（r）TIr）!I0T0e#"

2

（10）

若要干涉条纹的等宽性更好，曝光区可选的再小一些。例如，用He-ne激光制作一片800条/mm的正弦

光栅，那么，在xoz平面内!x=1.25"m，!=29 18*，曝光区为椭圆

（6）xcos+z2=28

由上式可以求出椭圆x方向长半轴ax=0.37"，

在此范围内曝光，光强相对z方向短半轴cz=0.35"，

偏差小于20%。

选取与平凹透镜折射率相同的吸收液，测定其吸收系数$，再加工平凹透镜，使其凹球面的半径#满足

()

22

-2=0

22#"

则（10）式改写为

（r）I/!I0T0=const

（11）

（12）

由于吸光液的折射率与平凹透镜的相同，所以吸收滤光镜不产生附加的光程差，高斯光束光腰处的波前仍为平面，但光腰截面上的光强是均匀的，这就实现了高斯光束向均匀平面波的转化，这种方法在实际应用中可使光强的最大偏差在2%以内。

"高斯光束强度的均匀化

把高斯光波改造成均匀平面波较严格的作法 …… 此处隐藏：2563字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……