CN103472512B - 全息变间距光栅曝光光路的装调装置 - Google Patents

全息变间距光栅曝光光路的装调装置 Download PDF

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Abstract

全息变间距光栅曝光光路的装调装置，属于光谱技术领域，为解决现在全息变间距光栅曝光系统装调过程中，测量难度大、精度低的问题，包括检测光源与光栅基底夹持检测平台；所述检测光源用于提供两支相干平行光；由激光器、入射光纤准直镜、Y型单模光纤、第一出射光纤准直镜和第二出射光纤准直镜组成，激光器产生的激光，通过入射光纤准直镜会聚进入Y型单模光纤，激光从Y型单模光纤出射后经第一出射光纤准直镜与第二光纤准直镜后成平行光；所述基底夹持检测平台用于产生参考光，并记录待测光与参考光的干涉条纹，由底座、角度盘、定位槽、微调滑块、摆臂、管夹、扩束镜、半透半反镜和CCD相机、立柱、一维调整卡具和自动定心镜架组成。

Description

全息变间距光栅曝光光路的装调装置
技术领域
本发明属于光谱技术领域，具体涉及全息变间距光栅曝光光路的装调装置。
背景技术
全息变间距光栅具有不等间距的弯曲刻线。通过优化刻线的沟槽函数，可以消除一定像差，进而提高光学系统的成像质量。应用全息变间距光栅可极大的提高光谱仪器的性能。
全息变间距光栅的制作原理是利用光刻胶记录两束相干球面波或者非球面波的干涉条纹，然后经显影转化为浮雕轮廓。在全息变间距光栅的制作过程中，曝光光路的参数决定光栅的刻线的沟槽函数。制约全息变间距光栅应用的瓶颈主要在其曝光过程装调难度大。
全息变间距光栅包含利用两球面波干涉制作的光栅与利用两非球面波干涉制作的光栅两种。利用两非球面波制作的全息变间距光栅的曝光装置包括激光器、扩束镜、分束器、两平面反射镜、两空间滤波器、两非平面反射镜、光栅基底，及起固定调整作用的镜架，升降杆座与磁性底座。决定光栅刻线间距与弯曲程度的曝光参数包括两个空间滤波器的针孔到各自反射镜中心的距离、两反射镜中心到光栅基底中心的距离、两入射光与各自反射镜法线的夹角、反射镜中心和基底中心连线与基底法线的夹角以及反射镜的曲率参数。利用两非球面波干涉制作的光栅具有更多可优化的参数，因而具有更好的应用前景。然而由于光路中参数较多，且包含非平面反射镜，给光路的装调带来了极大的困难。同时，曝光光路参数的误差对制作出的光栅质量影响极大，因此研制出曝光光路的装调装置对全息变间距光栅的制作至关重要。
发明内容
本发明为解决现在全息变间距光栅曝光系统装调过程中，测量难度大、精度低的问题，提出一种在全息变间距光栅制作过程中能够实时测量曝光系统参数的装置。
全息变间距光栅曝光光路的装调装置，包括检测光源与光栅基底夹持检测平台；
所述检测光源用于提供两支相干平行光；由激光器、入射光纤准直镜、Y型单模光纤、第一出射光纤准直镜和第二出射光纤准直镜组成，激光器产生的激光，通过入射光纤准直镜会聚进入Y型单模光纤，激光从Y型单模光纤出射后经第一出射光纤准直镜与第二光纤准直镜后成平行光；
所述基底夹持检测平台用于产生参考光，并记录待测光与参考光的干涉条纹，由底座、角度盘、定位槽、微调滑块、摆臂、管夹、扩束镜、半透半反镜和CCD相机、立柱、一维调整卡具和自动定心镜架组成；
角度盘水平设置在底座上，角度盘的边缘设定位槽，角度盘的圆心位置设置转轴；
定位槽内设置微调滑块；摆臂可卡在微调滑块上，微调滑块可带动摆臂沿定位槽的圆弧微小移动；
摆臂呈“L”字型，一端设置CCD相机，另一端从外端至内依次设置管夹、扩束镜和半透半反镜；第一出射光纤准直镜可固定在在管夹上，产生的平行光经扩束镜后指向半透半反镜中心，再经半透半反镜反射后射向CCD相机；
CCD相机的物平面在角度盘中轴上方；
立柱固定在底座之上，立柱上设置一维调整卡具；一维调整卡具另一端固定自动定心镜架，光栅基底将固定在自动定心镜架上；自动定心镜架的中轴指向角度盘正向，并与角度盘中心轴相交；
扩束镜、半透半反镜、CCD相机和自动定心镜架中心的水平高度相同。
本发明的有益效果是：已知待测光与参考光干涉条纹的变化函数，通过计算可以得出曝光光路的精确参数，进而可以实现曝光系统的装调；本发明利用了这一思路，不改变全息变间距光栅曝光系统固有装置，加入可产生两支相干平行光的检测光源；在光栅基底夹持平台上加入摆臂、微调滑块、空间滤波器、准直镜、半透半反镜与角度盘等元件，用以产生参数已知的参考光，摆臂一端加入CCD相机，可记录两支光路的干涉条纹；该方法可以有效的增加曝光光路装调精度。
在全息变间距光栅的制作中，通过利用本发明全息变间距光栅曝光光路的装调装置能够做到实时、准确地获得具体数据，提高全息变间距光栅的装调效率与精度。
附图说明
图1是本发明全息变间距光栅曝光光路的装调装置示意图。
图2是本发明全息变间距光栅曝光光路的装调装置另一角度示意图。
图3是本发明全息变间距光栅曝光光路的装调装置应用示意图。
图4是本发明所述微动滑块结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1、2所示，全息变间距光栅曝光光路的装调装置，包括检测光源与光栅基底夹持检测平台。
所述检测光源用于提供两支相干平行光；由激光器1、入射光纤准直镜2、Y型单模光纤3、第一出射光纤准直镜4和第二出射光纤准直镜5组成，激光器1产生的激光，通过入射光纤准直镜2会聚进入Y型单模光纤3，激光从Y型单模光纤3出射后经第一出射光纤准直镜4与第二光纤准直镜5后成平行光。
所述基底夹持检测平台用于产生参考光，并记录待测光与参考光的干涉条纹，由底座6、角度盘7、定位槽8、微调滑块9、摆臂11、管夹12、扩束镜13、半透半反镜14和CCD相机15、立柱16、一维调整卡具17和自动定心镜架18组成。
角度盘7水平设置在底座6上，角度盘7的边缘设定位槽8，角度盘7的圆心位置设置转轴。
定位槽8内设置微调滑块9；摆臂11可卡在微调滑块9上，微调滑块9可带动摆臂11沿定位槽的圆弧微小移动。
摆臂11呈“L”字型，一端设置CCD相机15，另一端从外端至内依次设置管夹12、扩束镜13和半透半反镜14；第一出射光纤准直镜4可固定在在管夹12上，产生的平行光经扩束镜13后指向半透半反镜14中心，再经半透半反镜14反射后射向CCD相机15。
CCD相机15的物平面在角度盘7中轴上方。
立柱16固定在底座6之上，立柱16上设置一维调整卡具17；一维调整卡具17另一端固定自动定心镜架18，光栅基底将固定在自动定心镜架18上；自动定心镜架18的中轴同样指向角度盘7的正向，并与其中心轴相交。
扩束镜13、半透半反镜14、CCD相机15、自动定心镜架18中心的水平高度相同。
如图3所示，将光栅基底固定在自动定心镜架上，利用千分尺、量角器粗略调整光栅基底21、两非平面反射镜20、两空间滤波器19位置。
将检测光源的第一出射光纤准直镜4产生的平行光接入管夹12，入射光经扩束镜13扩束后经半反半透镜14照射在CCD相机15上。
将第二出射光纤准直镜5产生的平行光接入其中一只曝光光路中，经曝光光路中的空间滤波器19滤波，经非平面反射镜20反射后变成非球面波，调整摆臂11角度，令CCD相机15平面尽可能垂直入射的非球面波，记录摆臂11相对于角度盘7的转角。
通过CCD相机15记录的干涉条纹，通过图像处理、拟合、计算等过程计算出曝光光路参数与理想参数的失调量，通过失调量调整曝光光路参数，依次循环直至得出满意结果，再通过这一方法调整另一只光路。
检测光源中的激光器1采用固体激光器，波长为543.8nm。
Y型单模光纤3模场直径为3.5±0.5μm。
扩束镜13的放大倍率为20倍。
定位槽8底部对应角度盘7的10°至170°，每5°处设置定位孔，精度为0.001°。
CCD相机15为高灵敏度科学级CCD，像素数≥2000×2000个，像元不大于5μm。
如图4所示，微调滑块9包括滑块底座9-1、滑块上盖9-2、定位孔9-3、稳定齿轮9-4、调整齿轮9-5、固定齿轮9-6、摆臂卡槽9-7、角度显示盘9-8和旋钮9-9；三个固定齿轮9-6设置在滑块底座9-1上，用于限制稳定齿轮9-4和调整齿轮9-5。摆臂11位于摆臂卡槽9-7内。滑块上盖9-2介于摆臂11与滑块底座9-1之间。定位孔9-3可通过定位销10固定在定位槽8定位孔内，起固定滑块底座9-1的作用。稳定齿轮9-4起限制滑块上盖9-2移动轨迹的作用；旋钮9-9与调整齿轮9-5配合，可带动调整齿轮9-5转动，使滑块上盖9-2相对与滑块底座9-1移动。角度显示盘9-8在摆臂卡槽9-7左端面上，与调整齿轮9-5相连，可显示调整齿轮9-5旋转角度，角度显示盘9-8有5个刻度，每个刻度角间距为1°，精度为0.001°。

Claims (6)

1.全息变间距光栅曝光光路的装调装置，其特征是，包括检测光源与光栅基底夹持检测平台；
所述检测光源用于提供两支相干平行光；由激光器(1)、入射光纤准直镜(2)、Y型单模光纤(3)、第一出射光纤准直镜(4)和第二出射光纤准直镜(5)组成，激光器(1)产生的激光，通过入射光纤准直镜(2)会聚进入Y型单模光纤(3)，激光从Y型单模光纤(3)出射后分别经第一出射光纤准直镜(4)与第二出射光纤准直镜(5)后成平行光；
所述光栅基底夹持检测平台用于产生参考光，并记录待测光与参考光的干涉条纹，由底座(6)、角度盘(7)、定位槽(8)、微调滑块(9)、摆臂(11)、管夹(12)、扩束镜(13)、半透半反镜(14)和CCD相机(15)、立柱(16)、一维调整卡具(17)和自动定心镜架(18)组成；
角度盘(7)水平设置在底座(6)上，角度盘(7)的边缘设定位槽(8)，角度盘(7)的圆心位置设置转轴；
定位槽(8)内设置微调滑块(9)；摆臂(11)可卡在微调滑块(9)上，微调滑块(9)可带动摆臂(11)沿定位槽的圆弧微小移动；
摆臂(11)呈“L”字型，一端设置CCD相机(15)，另一端从外端至内依次设置管夹(12)、扩束镜(13)和半透半反镜(14)；第一出射光纤准直镜(4)可固定在在管夹(12)上，产生的平行光经扩束镜(13)后指向半透半反镜(14)中心，再经半透半反镜(14)反射后射向CCD相机(15)；
CCD相机(15)的物平面在角度盘(7)中轴上方；
立柱(16)固定在底座(6)之上，立柱(16)上设置一维调整卡具(17)；一维调整卡具(17)一端固定自动定心镜架(18)，光栅基底将固定在自动定心镜架(18)上；自动定心镜架(18)的中轴指向角度盘(7)正向，并与角度盘中心轴相交；
扩束镜(13)、半透半反镜(14)、CCD相机(15)和自动定心镜架(18)中心的水平高度相同。
2.根据权利要求1所述的全息变间距光栅曝光光路的装调装置，其特征是，微调滑块(9)包括滑块底座(9-1)、滑块上盖(9-2)、定位孔(9-3)、稳定齿轮(9-4)、调整齿轮(9-5)、固定齿轮(9-6)、摆臂卡槽(9-7)、角度显示盘(9-8)和旋钮(9-9)；固定齿轮(9-6)设置在滑块底座(9-1)上，用于限制稳定齿轮(9-4)和调整齿轮(9-5)；摆臂(11)位于摆臂卡槽(9-7)内；滑块上盖(9-2)介于摆臂(11)与滑块底座(9-1)之间；定位孔(9-3)可通过定位销(10)固定在定位槽的定位孔内，起固定滑块底座(9-1)的作用；稳定齿轮(9-4)起限制滑块上盖(9-2)移动轨迹的作用；旋钮(9-9)与调整齿轮(9-5)配合，可带动调整齿轮(9-5)转动，使滑块上盖(9-2)相对与滑块底座(9-1)移动；角度显示盘(9-8)在摆臂卡槽(9-7)左端面上，与调整齿轮(9-5)相连。
3.根据权利要求1所述的全息变间距光栅曝光光路的装调装置，其特征是，激光器(1)采用固体激光器，波长为543.8nm。
4.根据权利要求1所述的全息变间距光栅曝光光路的装调装置，其特征是，Y型单模光纤(3)的模场直径为3.5±0.5μm。
5.根据权利要求1所述的全息变间距光栅曝光光路的装调装置，其特征是，扩束镜(13)的放大倍率为20倍。
6.根据权利要求1所述的全息变间距光栅曝光光路的装调装置，其特征是，所用定位槽(8)底部，对应角度盘(7)的10°至170°，每5°处设置定位孔，精度为0.001°。
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