标定组件及体Bragg光栅的制备装置的制作方法

标定组件及体bragg光栅的制备装置
技术领域
1.本实用新型涉及光栅技术领域，尤其是指一种标定组件及体bragg光栅的制备装置。


背景技术：

2.基于光热敏折变(photo
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thermo
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reflection,ptr)玻璃制备的体bragg光栅(volume bragg gatings)兼备角度选择性和光谱选择性，具有衍射效率高，热稳定性好，适用光谱宽与抗强激光损伤能力，被广泛应用于强激光领域。国内研究人员关于体bragg光栅也公开申请了一系列专利，比如中国科学院上海光学精密机械研究所的晋云霞提出了一种基于光热折变玻璃的反射式体 bragg光栅制备方法(中国专利cn201911167157)，林安英、陈臻懿等人提出了一种制作多波长体布拉格光栅的方法(中国专利cn201410405773)，浙江大学的刘崇等人提出了一种反射式体全息布拉格光栅紫外曝光的方法(中国专利cn201210360192)。
3.透射式体bragg光栅以其优秀的角度选择性被广泛应用于空间滤波，其特点在于不需要将入射光束聚焦，就能直接选择出所需要的的空间角谱成分，成功克服现阶段所广泛使用的针孔滤波方式在焦平面处光强过高，易击穿针孔周边材料等不利因素，在高功率激光系统中被用于代替体积庞大的针孔空间滤波器。实现这一目的需要精确控制体bragg光栅的各项参数，包括光栅厚度，栅线周期，光栅矢量以及光栅倾斜角。制备体bragg光栅一般采用全息的方法，两束紫外干涉光的夹角以及记录载体表面法线与入射光和参考光的夹角会改变所需要的的光栅周期和倾斜角。同时，在很多系统中，一般要求不改变输出光束方向，做到即插即用，而写入时的误差导致的光栅倾斜角变化将导致体bragg光栅衍射效率和角度选择性的的改变，影响体bragg光栅器件的性能。针对这一问题，本实用新型提出了一种利用红光标定精确控制体bragg光栅栅线角度的方法。


技术实现要素：

4.为此，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种标定组件及体bragg 光栅的制备装置，其便于光栅的标定，精确度高，稳定性好。
5.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种标定组件，所述标定组件包括第一激光器和第一反射镜，所述第一激光器位于曝光平台上样品的正侧，所述第一反射镜位于曝光平台上样品的另一侧；
6.所述第一激光器发出标定光束以照射在曝光平台的曝光区上，从所述曝光平台上透射的光经第一反射镜反射，获得反射光束，调整所述第一反射镜的角度以使得反射光束在第一激光器的输出端形成牛顿环；
7.所述第一激光器为he
‑
ne激光器。
8.本实用新型公开了一种体bragg光栅的制备装置，包括上述的标定组件。
9.作为优选的，还包括第二激光器、分束器、第二反射镜和第三反射镜，所述第二激
光器发射曝光光束，所述曝光光束经所述分束器分解为两束分光束；两束所述分光束分别经第二反射镜和第三反射镜反射以在曝光平台的曝光区干涉。
10.作为优选的，所述第二激光器为紫光激光器。
11.作为优选的，还包括小孔光阑，所述分光束经所述小孔光阑准直和定轴后照射在曝光平台的曝光区。
12.作为优选的，还包括准直扩束组件，所述准直扩束组件位于第二激光器的输出端。
13.作为优选的，所述第一激光器位于第二反射镜和第三反射镜的中垂线上。
14.作为优选的，还包括驱动组件，所述驱动组件与所述曝光平台连接以驱动所述曝光平台自转。
15.作为优选的，所述驱动组件为电机。
16.本实用新型的有益效果如下：
17.1、本实用新型通过设置第一激光器和第一反射镜，通过第一激光器和第一反射镜配合，调整所述第一反射镜的角度以使得反射光束在第一激光器的输出端形成牛顿环，方便光栅制备的标定。
18.2、本实用新型采用第一激光器发射标定光束的方法控制体bragg光栅栅线，相比传统曝光方法，精确控制了体bragg光栅栅线的形成角度。
19.3、本实用新型不用调整曝光光路，只需调整曝光平台即可实现标定。
20.4、本实用新型有利于提升体bragg光栅的衍射效率和角度选择性，提升体bragg光栅性能。
附图说明
21.图1是本实用新型的光路图；
22.图2为两束紫外干涉光在ptr玻璃样品形成垂直的干涉条纹示意图；
23.图3为vbg衍射效率测量光路图；
24.图4为透射式体bragg光栅特定波长正入射时的衍射效率与偏离bragg 角之间的关系。
25.说明书附图标记说明：10、第一激光器；11、第一反射镜；20、第二激光器；21、分束器；22、第二反射镜；23、第三反射镜；24、曝光平台；25、样品。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。
27.参照图1所示，本实用新型公开了一种标定组件，标定组件包括第一激光器10和第一反射镜11，第一激光器10位于曝光平台24上样品的正侧，第一反射镜11位于曝光平台24上样品的另一侧。
28.第一激光器10发出标定光束以照射在曝光平台24的曝光区上，从曝光平台24上透射的光经第一反射镜11反射，获得反射光束，调整第一反射镜 11的角度以使得反射光束在第一激光器10的输出端形成牛顿环。通过第一激光器10与第一反射镜11配合，可用于光栅刻写的标定。第一激光器10可为 he
‑
ne激光器，其发出632.8nm的红光，其功率为1mw，光斑
发散角<1.4mrad, 光斑直径<1.4mrad。红光便于观测第一激光器10的输出端是否形成牛顿环。新加入红光光路不会对原有曝光光路形成干扰。
29.本实用新型还公开了一种体bragg光栅的制备装置，包括上述的标定组件。本实用新型中的体bragg光栅的制备装置还包括第二激光器20、分束器 21、第二反射镜22和第三反射镜23，第二激光器20发射曝光光束，曝光光束经分束器21分解为两束分光束。两束分光束分别经第二反射镜22和第三反射镜23反射以在曝光平台24的曝光区干涉。即本实用新型的体bragg光栅的制备装置包括标定组件，其可通过标定组件，实现制备光栅的标定。第一激光器10可放置在两束干涉光的中垂线上。体bragg光栅的制备装置使用红光标定的方法，无需调整曝光光路，通过调整待曝光光敏热折变(ptr)玻璃样品25就能达到精确控制体bragg光栅栅线角度的目的。
30.图2为体bargg光栅栅线结构示意图，通过调整第二反射镜22和第三反射镜23可以调整两束干涉光的夹角来改变明暗条纹的间距，从而改变体bragg 光栅的光栅周期。
31.本实用新型中，曝光平台24可旋转，通过旋转曝光平台24，可在样品 25上调节光栅的栅线角度。
32.对于样品25，可使用光敏热折变(ptr)玻璃样品25，光敏热折变(ptr) 玻璃的原料成分以及摩尔百分比为：sio2 70％、na2o 15％、zno 5％、al2o34％、kbr 1％、ag2o 0.01％、ceo2 0.01％以及少量sn和sb。通过上述曝光装置，可以应用于透射式体bragg光栅的制备。
33.第二激光器20为he
‑
cd激光器，该激光器发出325nm的紫光。其写入光功率为50mw，光斑发散角<0.5mrad,光斑直径<1.2nm。325nm紫外激光器输出光束经准直扩束后，分束形成两束干涉光，最后形成垂直于ptr玻璃样品25的干涉条纹。
34.本实用新型中的体bragg光栅制备装置还包括小孔光阑，分光束经小孔光阑准直和定轴后照射在曝光平台24的曝光区。通过调节小孔光阑可实现分光束的调节。
35.在另一实施例中，本实用新型的体bragg光栅制备装置还包括准直扩束组件，准直扩束组件位于第二激光器20的输出端。准直扩束组件便于对第二激光器20的输出的激光束进行准直和扩束。
36.所述第一激光器位于第二反射镜和第三反射镜的中垂线上。
37.本实用新型还包括驱动组件，所述驱动组件与曝光平台24连接以驱动曝光平台24自转。驱动组件为电机。例如，在曝光平台下侧设置有驱动组件，驱动组件驱动曝光平台24转动，而曝光平台24上固定样品，第一激光器10 和第一反射镜11分别设置在曝光平台上样品的两侧。
38.本发明公开了一种体光栅的标定方法，包括以下步骤：
39.步骤一、在曝光平台24上样品的正侧设置有第一激光器10，在曝光平台 24上样品的另一侧设置有第一反射镜11。
40.步骤二、第一激光器10朝向曝光平台24的曝光区发射标定光束，标定光束经曝光平台24的曝光区并由第一反射镜11反射，获得反射光束，调整第一反射镜11的角度以使得反射光束在第一激光器10的输出端形成牛顿环。
41.本发明公开了一种体光栅的曝光方法，包括以下步骤：
42.步骤一、在曝光平台24上样品的正侧设置有第一激光器10，在曝光平台 24上样品
的另一侧设置有第一反射镜11。
43.步骤二、第一激光器10朝向曝光平台24的曝光区发射标定光束，标定光束经曝光平台24上的曝光区并由第一反射镜11反射，获得反射光束，调整第一反射镜11的角度以使得反射光束在第一激光器10的输出端形成牛顿环。
44.步骤三、在曝光平台24上放置样品25，调整曝光平台24的角度以使得第一反射镜11的反射光束在第一激光器10的输出端形成牛顿环。
45.步骤四、关闭第一激光器10，使用干涉光对曝光平台24上的样品25曝光。
46.步骤四中，在样品25曝光过程中，通过旋转曝光平台24以实现多角度光栅刻写。
47.本实用新型的工作原理是：将325nmhe
‑
cd激光器输出紫外光经过准直扩束后分束，形成两束干涉光，并用第二反射镜22和第三反射镜23将这两束干涉光光斑重合，形成干涉条纹。在两束干涉光的中垂线上放置一 632.8nmhe
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ne激光器(即第一激光器10)，第一激光器10输出的红光起标定作用，用两个小孔光阑将两束紫外干涉光准直定轴，调整第二反射镜22和第三反射镜23，使两束紫外干涉光与红光光斑在曝光平面上重合，然后关闭小孔光阑。当红光经过ptr玻璃样品25和经过样品25后的反射镜反射回输出端口时会产生牛顿环，说明此时干涉条纹正入射，关闭he
‑
ne激光器，打开小孔光阑开始曝光处理。
48.图3为体bragg光栅衍射效率测量光路图，利用1064nm红外激光器正入射到制备好体bragg光栅器件上，放置体bragg光栅的曝光平台可旋转，利用光功率计测量透过体bragg光栅后透过光的光功率和衍射光的光功率，从而计算不同角度时的衍射效率。功率计记录入射光光强为i1、透射光强为i
t
，衍射光光强为i
d
，光栅的相对衍射效率计算公式为,绝对衍射效率计算公式为η＝i
d
/i
d
i
t
；绝对衍射效率公式为η＝i
d
/i
t
。
49.图4分别为使用红光标定方法和未使用红光标定方法制备体bragg光栅1064nm红外光正入射后的理论衍射效率与实际测量的衍射效率，结果表明使用红光标定方法写入的体bragg光栅其角度选择性提高，衍射效率增加，滤波性能增强。
50.基于光致热敏折射(ptr)玻璃的体布拉格光栅具有优秀的角度、波长选择性以及很高的衍射效率，被认为是理想的波长和角度选择器件，被广泛应用于先进激光领域，且具有很高的可调性。入射角、衍射角、中心波长、角度(光谱)选择性等参数，可以通过改变光栅厚度、折射率调制度、光栅周期、光栅矢量倾斜角等光栅结构参数来调节。其中，透射式体bragg光栅在空间滤波方面得到了广泛应用，利用设计合理的光栅结构，通过红光标定的方法可以很好的增强其角度选择性和衍射效率，提高滤波性能。
51.上述一种使用红光标定精准控制体bragg光栅栅线的方法具有如下优点：
52.(1)采用加入红光标定的方法控制体bragg光栅栅线，相比传统曝光方法，精确控制了体bragg光栅栅线的形成角度。
53.(2)新加入红光光路不会对原有曝光光路形成干扰。
54.(3)该方法结构简单，易于实现。
55.(4)不用调整曝光光路，只需调整曝光平台上ptr玻璃样品。
56.(5)有利于提升体bragg光栅的衍射效率和角度选择性，提升体bragg 光栅性能。
57.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机
可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
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rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
58.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
59.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
60.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
61.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。