一种用于批量制备全息衍射波导的曝光区域计算方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种用于批量制备全息衍射波导的曝光区域计算方法及其应用，所述方法用于批量制备全息衍射波导的曝光装置的中的全息干板移动控制和曝光区域形状及面积计算，根据曝光参数，计算出入耦合光栅尺寸和波导片尺寸，进一步的在批量制备全息衍射波导的曝光装置通过控制全息干板的移动，包括控制其位移、位移间隔时间和待曝光的区域形状及面积，得到全息干板曝光结束总时长以及总位移的相关控制信号，最后通过控制电机平移台的输入电流信号，基于批量曝光装置，实现全息波导光栅的批量曝光处理。量曝光处理。量曝光处理。

【技术实现步骤摘要】
一种用于批量制备全息衍射波导的曝光区域计算方法及其应用


[0001]本专利技术属于全息光学技术，涉及一种制备全息衍射波导的曝光计算方法及其应用。

技术介绍

[0002]体全息光栅是利用全息干涉技术制备的一种衍射光栅，该光栅是通过激光器发出的两束相干激光光束，在感光材料内部形成明暗相间的干涉条纹，使得感光材料的折射率分布根据明暗条纹发生变化，在干涉曝光过程中，明条纹区域内的折射率升高，而暗条纹区域内的折射率下降，最终材料内部形成一种折射率调制光栅，明条纹和暗条纹区域的折射率差即为体全息光栅的折射率调制度，其决定了制备光栅的衍射效率、衍射带宽等光学衍射性能。
[0003]相比于传统的刻划光栅，体全息光栅有着杂散光少，+1级衍射效率高，波长及角度选择性好等诸多优势，所以全息体光栅在很多领域都在逐步取代传统的刻划光栅。根据再现光束的衍射方向和光栅矢量方向，可以将该光栅分为反射型体全息光栅和透射型体全息光栅，透射型体全息光栅被广泛应用于高分辨光谱仪中的分光器件、太阳能采集器、光通信等领域；而反射型体全息光栅相较于透射型体全息光栅，具有更大的衍射角度响应带宽，更窄的衍射波长响应带宽(色散更低)，主要应用于全息波导显示领域。
[0004]目前，制备彩色全息波导光栅已存在自动化曝光系统(ZL202010438666.0)然而该方案所涉及的曝光系统只能制备单片全息波导光栅，这对于全息波导光栅的批量生产是远远不够的，因此需要一种能够制备多个光栅的精准自动控制方法及控制装置以提高光栅制备效率，为批量化生产体全息光栅提供保障。

技术实现思路
：
[0005]专利技术目的：针对现有技术自动化曝光系统中对于控制技术的不足，本专利技术的第一目的是提供制备全息衍射波导的曝光区域计算方法，用于调节在电控平台下全息干板的曝光区域，基于曝光装置，以控制单元进行计算输出控制信号，本专利技术的第二目的是提供一种批量制备全息衍射波导的曝光应用方法。
[0006]技术方案：一种制备全息衍射波导的曝光计算方法，该方法通过全息波导成像原理来计算入耦合光栅和出耦合光栅的形状面积以及相对位置关系，得到所需曝光的光斑，该方法包括如下步骤：
[0007](1)确定曝光参数，包括光栅衍射效率、光栅组数、光束强度、全息干板尺寸、全息波导成像视场角、微像源光机出瞳、全息波导出瞳尺寸、出瞳距离、平板波导的折射率；
[0008](2)根据曝光参数，计算出入耦合光栅尺寸和波导片尺寸，计算过程如下：
[0009](21)全息波导成像视场角FOV、微像源光机出瞳为P
in
、入耦合光栅尺寸为i
x
×
i
y
、平板波导厚度为d、光线传播角度为θ，光栅倾角为ξ、平板波导的折射率为λ，x方向上边缘
FOV光线在波导中的最小传播角度θ
min
计算公式如下：
[0010][0011](22)记出耦合光栅尺寸为O
x
×
O
y
、出瞳为P
out
、出入耦合光栅间距为P，入耦合光栅宽度i
y
，竖直方向上的出瞳yP
out
与出入耦合光栅间距P满足以下公式：
[0012][0013]出耦合光栅长度O
x
，O
y
满足以下公式：
[0014][0015]式中，ER表示出瞳距离，即人眼与出耦合光栅之间的距离；
[0016](23)记干板尺寸为W
x
×
W
y
，单块波导片尺寸为L
x
×
L
y
，光栅组数为n，则干板尺寸Z
x
×
Z
y
满足以下公式：
[0017][0018]所述方法中，入耦合光栅长度i
x
满足以下公式：
[0019]2d tanθ
max
≤P
in
≤i
x
[0020]式中，微像源光机出瞳为P
in
、入耦合光栅尺寸为i
x
×
i
y
、平板波导厚度为d、光线传播角度为θ。
[0021]其中，单块波导片的长度需大于出入耦合光栅长度与间隔之和，且宽度大于出入耦合光栅中最大宽度，单块波导片尺寸L
x
×
L
y
满足以下公式：
[0022][0023]基于上述全息衍射波导曝光区域计算方法实现的一种批量制备全息衍射波导的曝光应用方法，所述方法包括如下过程：
[0024](s1)设置批量制备全息衍射波导的曝光装置的曝光参数，根据记录光与全息干板的夹角和计算曝光光束的截面面积，调整设定曝光时长、物光与全息干板夹角及参考光与全息干板夹角、曝光光束截面面积和待曝光光栅的大小及位置；
[0025](s2)控制单元根据两记录光与全息干板夹角、曝光光束面积计算得到全息干板上干涉区域面积，并根据计算结果转化为控制信号；
[0026](s3)控制器根据控制信号控制全息干板的位移和位移间隔时间，干板曝光结束总时长以及总位移由路径规划决定。
[0027]进一步的，步骤(s3)中，相邻两块的波导片尺寸分别为F1
x
×
F1
y
，F2
x
×
F2
y
，单次电
机的位移为h，水平位移为h
x
，垂直位移为h
y
，则三者满足以下公式：
[0028][0029]两次位移间隔时间为t，光栅衍射率为η，光束强度为I mW/cm2，所需曝光剂量为M mJ/cm2，曝光时长为T。
[0030]所述应用方法对于路径规划过程，全息干板往复运动，两次位移间隔时间t应大于曝光时长T，满足以下公式：
[0031][0032]单次平移台位移的速度为v，平移台静止和移动各一次为一回合，则每一回合的时间t
′
满足以下公式：
[0033][0034]初始移动时间为t
c
，则曝光整块干板所需时间t
″
为：
[0035]t
″
＝(n
‑
1)
×
t
′
+t+t
c
。
[0036]更进一步的，路径规划中，设曝光整块干板所需总位移为S，水平移动次数为X1和垂直移动次数为X2，移动总次数为X3，由于曝光整块干板所需位移S需根据具体规划路线来计算且平移台移动总次数比光栅组数少1，设需进行X1次水平移动和X2次垂直移动，则总位移S和总次数X3需满足以下关系：
[0037][0038]更进一步的，所述批量制备全息衍射波导的曝光装置包括控制单元和控制全息干板移动的控制器，该控制器在控制单元计算输出的数字控制信号下执行，使全息干板上待曝光光栅处本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制备全息衍射波导的曝光区域计算方法，该方法通过全息波导成像原理来计算入耦合光栅和出耦合光栅的形状、面积以及相对位置关系，得到所需曝光的光斑，其特征在于：该方法包括如下步骤：(1)确定曝光参数，包括光栅衍射效率、光栅组数、光束强度、全息干板尺寸、全息波导成像视场角、微像源光机出瞳、全息波导出瞳尺寸、出瞳距离、平板波导的折射率；(2)根据曝光参数，计算出入耦合光栅尺寸和波导片尺寸，计算过程如下：(21)全息波导成像视场角FOV、微像源光机出瞳为P
in
、入耦合光栅尺寸为i
x
×
i
y
、平板波导厚度为d、光线传播角度为θ，光栅倾角为ξ、平板波导的折射率为λ，x方向边缘xFOV光线在波导中的最小传播角度θ
min
计算公式如下：(22)记出耦合光栅尺寸为O
x
×
O
y
、出瞳为P
out
、出入耦合光栅间距为P，入耦合光栅宽度i
y
，竖直方向上的出瞳yP
out
与出入耦合光栅间距P满足以下公式：出耦合光栅长度O
x
，O
y
满足以下公式：式中，ER表示人眼距离出耦合光栅的距离；(23)干板尺寸为W
x
×
W
y
，单块波导片尺寸为L
x
×
L
y
，光栅组数为n，则干板尺寸Z
x
×
Z
y
满足以下公式：2.根据权利要求1所述的用于制备全息衍射波导的曝光区域计算方法，其特征在于：入耦合光栅长度i
x
满足以下公式：2d tanθ
max
≤P
in
≤i
x
式中，微像源光机出瞳为P
in
、入耦合光栅尺寸为i
x
×
i
y
、平板波导厚度为d、光线传播角度为θ。3.根据权利要求1所述的用于制备全息衍射波导的曝光区域计算方法，其特征在于：单块波导片的长度需大于出入耦合光栅长度与间隔之和，且宽度大于出入耦合光栅中最大宽度，单块波导片尺寸L
x
×
L
y
满足以下公式：4.基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏鑫，沈忠文，卢超月，高永丽，田闯，王鹏，杨燕，李镇，
申请(专利权)人：南京工业职业技术大学，
类型：发明
国别省市：