Устройство для экспонирования голографических дифракционных решеток Советский патент 1990 года по МПК G02B5/32 G03H1/04 

Изобретение относится к дифракционной оптике, в частности к устройствам для экспонирования топографических дифракционных решеток (ДР), и может быть использовано для получения системы интерференционных полос типа дифракционных решеток с большой апертурой и малым периодом в тонкопленочных высокоразрешающих фоточувствительных материалах при создании рельефно-фазовых структур, например, при изготовлении элементов ввода-вывода излучения в планар- ных волноводах интегрально-оптических устройств.

Цель изобретения - расширение класса решаемых задач путем обеспечения возможности записи дифракционных решеток с малым периодом за счет повышения однородности контраста интерференционной картины.

На чертеже изображена схема устройства .

Устройство содержит источник 1 излучения, входную линзу 2, двухкоор- динатный дефлектор 3, расположенный в фокальной плоскости выходной линзы 4, интерферометр, включающий све- тоделительный элемент 5, зеркало 6, экран, покрытый фоточувствительным

СП

00 Э

S

оь

31582166

слоем 7 и двухгранное зеркало 8(пен- тапризма),.

Устройство работает следующим обрпзом.5

Излучение от источника 1 фокусируется входной линзой 2 на дефлектор 3 и под действием управляющего сигнала, подаваемого на дефлектор 3, отклоняется им по некоторому закону, JQ задаваемому управляющим сигналом. Так как дефлектор расположен в фокальной плоскости выходной линзы 4s угловое сканирование пучка обеспеложения светового луча- после прохождения призмы) достигается применением электродов специальной формы при определенной ориентации кристаллов.

Для сканирования светового пучка по двум взаимно перпендикулярным осям может быть использовано два одномерных дефлектора, каждый из которых отклоняет луч по одной оси. Одномерные дефлекторы необходимо включать в общую оптическую схему так, чтобы обеспечивалась оптичесчивает параллельное самому себе скани-15 кая связь ПРИ которой световой пучок,

рбвание пучка после выходной линзы 4. Далее сканируемый пучок попадает на светоделительный элемент 5, делится на нем на два, один из которых попадает на экран 7 через зеркало 6, а другой - на тот же экран 7 через двухгранное зеркало 8. При этом двухгранное зеркало 8 обеспечивает синфазное сканирование интерферирую щих пучков по экрану, что необходимо для получения стабильной интерференционной картины.

Закон сканирования, задаваемый управляющим сигналом, должен быть таким, чтобы обеспечить требуемый характер изменения скорости сканирования, определяемой законом распределе- ления уровня засветки по полю интерференционной картины на фоточувствительном экране. Доза облучения Q. слученная элементом размером Х на экране при облучении светом интенсивности Т равна Q I t (т.е. Q 1/V) ,где t - время экспозиции элемента /ЭХ ( определяемое, например,- по времени прохода максимума интенсивности расстояния ЛХ) V - скорость сканирования пучка на экране. В частности, при равномерном сканировании (V const) получают равномерную засветку по полю интерференционной картины (О const).

В качестве дефлектора может быть использована призма из электрооптического кристалла, например кристаллов аммония , титана та бария BaTiOj, ниобата лития LiNb03, кристаллов типа сфалерита (ZnTe, CuCl, GaP, GaAs, CdTe) и др. В этих призмах пространственное и временное (изменение показателя преломления в зависимости от приложенного к кристаллу электрического поля ,(а следовательно, и изменение углового по20

25

30

35

40

45

50

55

выходящий из первого дефлектора, оставался бы при различных углах отклонения в пределах входной апертуры второго дефлектора. Могут быть использованы ультразвуковые двумерные дефлекторы, в которых отклонение светового пучка в двух плоскостях осуществляется в одном активном элементе.

Например, двумерный брэгговский ультразвуковой дефлектор ( выходных пространственных положений луча) на монокристалле парателлурита ТеО i). В дефлекторе используется кубик монокристалла ТеО со сторон:и 10 мм, входная апертура светового пучка 5x5 мм2 . Поперечные акустические волны в двух взаимно перпендикулярных направлениях возбуждаются двумя преобразователями из ниобата лития, для возбуждения которых используются два генератора строчной и кадровой разверток. Развертка оптического луча осуществляется изменением задающей частоты ультразвукового преобразователя от 19 до 32 мГц (со средней частотой 24 мГц). Конкретные направления луча выбираются подачей или отключением импульса, который модулирует по амплитуде частотно-модулированные сигналы.

В одно, из плеч интерферометра перед фоточувствительным экраном введено двухгранное зеркало (например, пентапризма). Это позволяет, не изменяя четкости количества отражений (так как изменяется количестве отражений на 2), увеличить диапазон углов пересечения интерферирующих пучков на экране до величины f , т.е. обеспечить максимальный угол пересечения (f

макс

и, следовательно,

минимальный период дифракционной решетки (ДР) hwl,K Я/2, т.е. в

ложения светового луча- после прохождения призмы) достигается применением электродов специальной формы при определенной ориентации кристаллов.

Для сканирования светового пучка по двум взаимно перпендикулярным осям может быть использовано два одномерных дефлектора, каждый из которых отклоняет луч по одной оси. Одномерные дефлекторы необходимо включать в общую оптическую схему так, чтобы обеспечивалась оптическая связь ПРИ которой световой пучок,

0

5

0

5

0

5

0

5

выходящий из первого дефлектора, оставался бы при различных углах отклонения в пределах входной апертуры второго дефлектора. Могут быть использованы ультразвуковые двумерные дефлекторы, в которых отклонение светового пучка в двух плоскостях осуществляется в одном активном элементе.

Например, двумерный брэгговский ультразвуковой дефлектор ( выходных пространственных положений луча) на монокристалле парателлурита ТеО i). В дефлекторе используется кубик монокристалла ТеО со сторон:и 10 мм, входная апертура светового пучка 5x5 мм2 . Поперечные акустические волны в двух взаимно перпендикулярных направлениях возбуждаются двумя преобразователями из ниобата лития, для возбуждения которых используются два генератора строчной и кадровой разверток. Развертка оптического луча осуществляется изменением задающей частоты ультразвукового преобразователя от 19 до 32 мГц (со средней частотой 24 мГц). Конкретные направления луча выбираются подачей или отключением импульса, который модулирует по амплитуде частотно-модулированные сигналы.

В одно, из плеч интерферометра перед фоточувствительным экраном введено двухгранное зеркало (например, пентапризма). Это позволяет, не изменяя четкости количества отражений (так как изменяется количестве отражений на 2), увеличить диапазон углов пересечения интерферирующих пучков на экране до величины f , т.е. обеспечить максимальный угол пересечения (f

макс

и, следовательно,

минимальный период дифракционной решетки (ДР) hwl,K Я/2, т.е. в

5-1

Ґ2 раз меньше,. чем прототипе, что расширяет технические возможности устройства при записи ДР с малым периодом. , Таким образом, в устройстве достигается повышенная однородность контраста интерференционной картины за счет введения двухкоординатного дефектора, расположенного в фокальной плоскости входной и выходной линз (снижение влияний случайных флюктуации из-за сокращения времени экспозиции за счет использования всей мощности пучка), и замены плоского зеркала двухгранным (за счет обеспечения синфазного сканирования интерферирующих пучков по экрану, что позволяет расширить класс решаемых задач (изготовление решеток специальной формы с малым, в частности, субмикронным, периодом, так как именно при экспонировании ДР с малым периодом определяющее значение имеет однородность контраста интерференционной картины.

Формула изобретения | Устройство для экспонирования го- лографических дифракционных решеток,

82166

включающее источник излучения когерентного пучка света, средство сканирования когерентного пучка

. света параллельно оси пучка и иитерЭ ферометр, включающий светоделитель- ный элемент, зеркала и фоточувствительный экран, отличающееся тем, что, с целью расширения класса

(О решаемых задач путем обеспечения возможности записи дифракционных решеток с малым периодом за счет повышения однородности, контраста интерференционной картины, между

15 источником излучения и средством сканирования введена входная линза, средство сканирования выполнено в виде двухкоордикатного дефлектора, за которым установлена выходная лин20 за, причем дефлектор сопряжен соответственно с входной и выходной линзами, а по крайней мере одно из плеч интерферометра дополнительно снабжено двухгранным зеркалом, сопряженным

25 с фоточувствительным экраном, причем входная плоскость двухгранного зеркала перпендикулярна оптической оси интерферометра.

Изобретение относится к дифракционной оптике, в частности к устройствам для экспонирования голографических дифракционных решеток (ДР) , и может быть использовано для получения системы интерференционных полос с большой апертурой и малым периодом в тонкопленочных высокоразрешающих и фоточувствительных материалах при создании рельефно-фазовых структур, например при изготовлении элементов ввода-вывода излучения в планарных волноводах интегрально-оптических устройств. Цель - расширение класса решаемых задач путем обеспечения возможности записи дифракционных решеток с малым периодом за счет повышения однородности контраста интерференционной картины. Устройство состоит из источника когерентного излучения, дефлектора, обеспечивающего заданный закон сканирования для использования полной мощности излучения, и оптически сопряженного интерферометра. Интерферометр состоит из светоделительного элемента, зеркала, двухгранного зеркала, например пентапризмы, и светочувствительного экрана. Устройство позволяет записывать ДР с малым, в частности субмикронным, периодом. 1 ил.

a L

&