專(zhuān)利名稱(chēng)：光柵應(yīng)變花的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種光柵應(yīng)變花的制作方法。
背景技術(shù)：
衍射光柵主要有兩大類(lèi)刻劃光柵和全息光柵，刻劃光柵可以做成平面和內(nèi)凹形狀，對(duì)特定的光波具有較高的衍射效率。全息光柵一般是用光學(xué)方法制作的，它的衍射波具有很好的偏振態(tài)和非常好的波前。三方向光柵，即光柵應(yīng)變花，是在雙方向光柵(通常所說(shuō)的正交光柵)的基礎(chǔ)上，再加另外一個(gè)45°方向的光柵，使得一個(gè)光柵具有三個(gè)方向衍射的功能。當(dāng)把它應(yīng)用在云紋干涉中時(shí)，可以在一次加載時(shí)同時(shí)測(cè)出三個(gè)方向上獨(dú)立的位移場(chǎng)，在測(cè)試結(jié)構(gòu)的變形時(shí)，可以同時(shí)測(cè)試出它的三個(gè)正應(yīng)變場(chǎng)，從而確定它的主應(yīng)變的大小與方向。尤其在測(cè)試殘余應(yīng)力時(shí)，更有其它光柵不具備的優(yōu)越性。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專(zhuān)利號(hào)為200310115844.2，名稱(chēng)為“一種平面全息光柵制作中精確控制刻線密度的方法”中提出一種很好的平面全息光柵制作中精確控制光柵刻線密度的方法，可以制作全息光柵時(shí)保證其準(zhǔn)確的空間頻率，但主要是刻線密度的精確控制，而未涉及制作幾個(gè)方向的光柵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)目前的光柵的不足和缺陷，提供一種光柵應(yīng)變花的制作方法，使其可以制作平面內(nèi)任意單方向、兩個(gè)方向和三個(gè)方向的光柵，每個(gè)方向上光柵的頻率從10~3600線/mm，尤其是100~2000線/mm，0°、45°和90°的三個(gè)方向的光柵，即光柵應(yīng)變花，在云紋干涉技術(shù)中有著非常廣泛的用途。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，具體步驟如下(1)根據(jù)所要制作光柵的頻率f和所使用激光的波長(zhǎng)λ，按照公式f=2sinΦλ]]>計(jì)算出相應(yīng)的角度Φ(產(chǎn)生干涉時(shí)兩個(gè)光束中心線夾角的一半)；從激光器發(fā)射的一束激光通過(guò)分光鏡分為兩束；這兩束相干光成一定夾角向外傳播。在它們傳播路徑上等距離各安放一個(gè)反射鏡；在兩束光夾角的角平分線上安裝可旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，并調(diào)節(jié)反射鏡，使兩束光交匯于可旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的中心。選用兩個(gè)擴(kuò)束鏡、兩個(gè)空間濾波器和兩個(gè)準(zhǔn)直鏡，以得到均勻的平面波前。
(2)按照所需要制作光柵的方向，把全息干版安裝在可旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上。根據(jù)所選全息干版的特性，初步選定一系列曝光時(shí)間對(duì)同一塊全息干版進(jìn)行曝光，并對(duì)這些不同曝光時(shí)間的干版進(jìn)行顯影、定影、漂白處理，然后得到該光柵上不同曝光時(shí)間的各個(gè)區(qū)域上的零級(jí)和一級(jí)衍射強(qiáng)度，最終確定該實(shí)驗(yàn)條件下制作全息光柵的最佳曝光時(shí)間topt。
(3)在以上的條件下，打開(kāi)快門(mén)，對(duì)全息干版進(jìn)行第一次曝光后，曝光時(shí)間控制為topt；轉(zhuǎn)動(dòng)可旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，將全息干版逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)所需角度，打開(kāi)快門(mén)，進(jìn)行第二次曝光，；再轉(zhuǎn)動(dòng)可旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，把干版逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)所需角度，打開(kāi)快門(mén)，進(jìn)行第三次曝光，然后進(jìn)行經(jīng)顯影、定影處理后就可得到三個(gè)方向的光柵，也就是“光柵應(yīng)變花”。
對(duì)上述得到的光柵進(jìn)行漂白處理，就得到三個(gè)方向、空間頻率相同的透射全息光柵。若在光柵上鍍一層均勻的反射膜，則可以得到反射全息光柵。
本發(fā)明只用兩束激光束，通過(guò)三次曝光來(lái)制作三個(gè)方向的全息光柵，三個(gè)方向光柵的空間頻率嚴(yán)格相等，方法簡(jiǎn)單、易行。通過(guò)改變相干光的夾角，可以制作空間頻率范圍10~3600線/mm的光柵。而且可以控制各個(gè)方向上的曝光時(shí)間，以獲得各個(gè)方向上光柵的衍射強(qiáng)度。該方法同樣可以制作單方向和兩方向的全息光柵。利用現(xiàn)有光柵制作技術(shù)的精確控制光柵刻線密度的方法，可以制作全息光柵時(shí)保證其準(zhǔn)確的空間頻率。


圖1本發(fā)明方法原理圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明采用的具體的器件及作用如下激光器波長(zhǎng)633×10-9m，功率40mW，是相干光源；快門(mén)控制曝光時(shí)間；分光鏡把激光器發(fā)出的激光分為強(qiáng)度相等的兩束光；全反鏡改變光的傳播方向；
擴(kuò)束鏡40×，把點(diǎn)光源的激光擴(kuò)大，成為球面波傳播；空間濾波器15μm，過(guò)濾掉經(jīng)過(guò)擴(kuò)束后的激光存在的噪聲；準(zhǔn)直鏡直徑200mm，相位差小于 把擴(kuò)束鏡出來(lái)的球面波進(jìn)行準(zhǔn)直，以得到均勻的平面波前；全息干板紀(jì)錄干涉條紋；可旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)固定全息干板，改變?nèi)⒏砂迤毓獾姆较颉?br> 基于以上器件，以制作0°、45°和90°的三個(gè)方向上頻率均為1000線/mm的光柵為例，制作過(guò)程如下①根據(jù)所要制作光柵的頻率f＝1000線/mm和所使用激光的波長(zhǎng)λ＝633×10-9m，按照公式f=2sinΦλ]]>計(jì)算出相應(yīng)的角度Φ＝18.45°。從激光器發(fā)射的一束激光通過(guò)分光鏡O分為等強(qiáng)度兩束A、B；這兩束相干光成120°的夾角向外傳播。在它們傳播路徑上距離分光鏡300mm處各安放一個(gè)全反鏡M1、M2；在A、B兩束光夾角的角平分線上安裝可調(diào)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，它距離分光鏡929mm。調(diào)節(jié)全反鏡，使兩束光交匯于可旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的中心。細(xì)調(diào)光路中分光鏡、全反鏡的位置，使得安裝在可調(diào)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)全息干版中心位置光柵的頻率誤差小于0.1％。選用兩個(gè)40×擴(kuò)束鏡、兩個(gè)15μm空間濾波器和兩個(gè)直徑200mm、波前相位差小于 的準(zhǔn)直鏡。首先將A、B兩束光進(jìn)行40倍擴(kuò)束，并調(diào)節(jié)擴(kuò)束鏡的空間位置，使得A、B兩束光擴(kuò)束后的光斑的中心仍然重合在可調(diào)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的中心；在兩個(gè)擴(kuò)束鏡后分別安裝空間濾波器；安放、調(diào)節(jié)準(zhǔn)直鏡，使通過(guò)的光變?yōu)槠叫泄狻?br> ②按照所需要制作光柵的方向，把天津--I型全息干版安裝在可旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上。根據(jù)全息干版的特性，初步選定曝光時(shí)間分別為0.5s、1.0s、1.5s、2.0s、2.5s、3.0s、3.5s、4.0s、4.5s、5.0s、5.5s、6.0s的時(shí)間，并對(duì)這些不同曝光時(shí)間的干版進(jìn)行顯影、定影、漂白處理，然后得到該光柵上不同曝光時(shí)間的各個(gè)區(qū)域上的零級(jí)和一級(jí)衍射強(qiáng)度，最終確定該實(shí)驗(yàn)條件下制作全息光柵的最佳曝光時(shí)間topt＝2.4s。
③在以上的條件下，打開(kāi)快門(mén)，對(duì)全息干版進(jìn)行第一次曝光后，曝光時(shí)間控制為2.4秒；轉(zhuǎn)動(dòng)可旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，將全息干版逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)如90°，打開(kāi)快門(mén)，進(jìn)行第二次曝光，曝光時(shí)間控制為2.4秒；再轉(zhuǎn)動(dòng)可旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，把干版逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°，打開(kāi)快門(mén)，進(jìn)行第三次曝光，曝光時(shí)間控制為2.5秒，然后進(jìn)行經(jīng)顯影、定影處理。
④對(duì)上述光柵進(jìn)行漂白處理，就得到0°、45°和90°的三個(gè)方向上頻率均為1000線/mm的透射全息光柵。
本實(shí)施例制得的光柵具有三個(gè)方向的衍射功能，在三個(gè)方向光柵的頻率是嚴(yán)格相等的，而且可以根據(jù)使用要求分別控制三個(gè)方向上光柵的衍射強(qiáng)度。
權(quán)利要求
1.一種光柵應(yīng)變花的制作方法，其特征在于，具體步驟如下(1)根據(jù)所要制作光柵的頻率f和所使用激光的波長(zhǎng)λ，計(jì)算出相應(yīng)的產(chǎn)生干涉時(shí)兩個(gè)光束中心線夾角的一半即角度Ф；從激光器發(fā)射的一束激光通過(guò)分光鏡分為等強(qiáng)度兩束，這兩束相干光向外傳播的路徑上等距離各安放一個(gè)反射鏡，在兩束光夾角的角平分線上安裝可旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，并調(diào)節(jié)反射鏡，使兩束光交匯于可旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的中心，選用兩個(gè)擴(kuò)束鏡、兩個(gè)和兩個(gè)準(zhǔn)直鏡，以得到均勻的平面波前；(2)按照所需要制作光柵的方向，把全息干版安裝在可旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，根據(jù)所選全息干版的特性，初步選定一系列曝光時(shí)間對(duì)同一塊全息干版進(jìn)行曝光，并對(duì)這些干版進(jìn)行顯影、定影、漂白處理，然后得到該光柵上各曝光時(shí)間的各個(gè)區(qū)域上的零級(jí)和一級(jí)衍射強(qiáng)度，最終確定該實(shí)驗(yàn)條件下制作全息光柵的最佳曝光時(shí)間topt；(3)在以上的條件下，打開(kāi)快門(mén)，對(duì)全息干版進(jìn)行第一次曝光后，曝光時(shí)間控制為topt；轉(zhuǎn)動(dòng)可旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，將全息干版逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)所需角度，打開(kāi)快門(mén)，進(jìn)行第二次曝光；再轉(zhuǎn)動(dòng)可旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，把干版逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)所需角度，打開(kāi)快門(mén)，進(jìn)行第三次曝光，然后進(jìn)行經(jīng)顯影、定影處理后就得到三個(gè)方向的光柵，也就是“光柵應(yīng)變花”。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光柵應(yīng)變花的制作方法，其特征是，所述的角度Ф，按照公式計(jì)算得到。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光柵應(yīng)變花的制作方法，其特征是，對(duì)步驟(3)中得到的光柵進(jìn)行漂白處理，就得到三個(gè)方向、空間頻率相同的透射全息光柵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或者3所述的光柵應(yīng)變花的制作方法，其特征是，若在光柵上鍍一層均勻的反射膜，則得到反射全息光柵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光柵應(yīng)變花的制作方法，其特征是，兩個(gè)擴(kuò)束鏡，把原來(lái)的激光束擴(kuò)大，并從該點(diǎn)以球面波的形式，成圓錐向外發(fā)散、傳播。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光柵應(yīng)變花的制作方法，其特征是，兩個(gè)空間濾波器，具有直徑5~25μm的小孔，它過(guò)濾掉經(jīng)過(guò)擴(kuò)束后的激光存在的噪聲。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光柵應(yīng)變花的制作方法，其特征是，兩個(gè)準(zhǔn)直鏡，把擴(kuò)束后的球面波變成平面波，其直徑的大小根據(jù)所需的光斑大小來(lái)選用。
全文摘要
一種光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的光柵應(yīng)變花的制作方法，步驟如下計(jì)算產(chǎn)生干涉時(shí)兩個(gè)光束中心線夾角的一半；從激光器發(fā)射的一束激光通過(guò)分光鏡分為等強(qiáng)度兩束，這兩束相干光向外傳播的路徑上等距離各安放一個(gè)反射鏡，在兩束光夾角的角平分線上安裝可旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，并調(diào)節(jié)反射鏡，使兩束光交匯于可旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的中心；把全息干版安裝在可旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，確定最佳曝光時(shí)間；打開(kāi)快門(mén)，對(duì)全息干版進(jìn)行第一次曝光后，轉(zhuǎn)動(dòng)可旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，全息干版逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)所需角度，打開(kāi)快門(mén)，進(jìn)行第二次曝光；然后再進(jìn)行第三次曝光，經(jīng)顯影、定影后得到光柵應(yīng)變花。本發(fā)明通過(guò)三次曝光來(lái)制作三個(gè)方向的全息光柵，所得光柵的空間頻率嚴(yán)格相等，方法簡(jiǎn)單、易行。
文檔編號(hào)G02B5/32GK1737612SQ20051002949
公開(kāi)日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2005年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月8日
發(fā)明者陳巨兵, 余征躍, 辛全成, 俞忠, 陳玉坤, 汪恒揮 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)