Устройство для синтеза длинных голографических дифракционных решеток

 

Изобретение относится к голографии и предназначено для синтеза длинных голографических дифракционных решеток. Целью изобретения является увеличение точности и дифракционной эффективности синтезируемой голографической решетки. Для реализации цели уменьшают длительность засветки введением второго источника когерентного излучения импульсного действия, а в оптоэлектронную схему введен блок синхронизации введенным источником, а входом - с источником переменного напряжений оптоэлектронной схемы. 3 ил.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, измерительной технике и предназначено для создания длинных голографических дифракционных решеток (ДР), которые используются в метрологии, спектроскопии, в фотоэлектрических преобразователях линейных и угловых перемещений для машиностроения и т.д. Целью данного изобретения является повышение точности и дифракционной эффективности синтезируемой голографической решетки. Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена схема описываемого устройства; на фиг. 2 вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 дается расположение подложек и фотодетекторов в апертуре интерферометра. Устройство состоит из источников когерентного излучения 1, 2 непрерывного и импульсного действия (фиг. 1), двухлучевого интерферометра, состоящего из призмы-куба 3, зеркал 4-6, электрострикционных ячеек 7, 8, объективов 9-12, диафрагмы 13, 14, подложки со светочувствительным слоем 15, на которую записывают ДР, подложки со вспомогательными нефазированными решетками 16, дифракционной решетки 17, и оптоэлектронной схемы. В нее входят фотодетекторы 18-25, источники постоянного напряжения 26, 27, высоковольтный источник переменного напряжения 28, коммутатор 29, селективные усилители 30, 31, фазометр 32 и блок синхронизации 33. Пары фотодетекторов (18, 19) и (20, 21) устанавливаются таким образом, что расстояние между их осями соответствует длине l (фиг. 2), определяющей границы участка поля, который копируется на синтезируемую ДР. Этот участок при записи длинной ДР выбирается в безаберрационной области выходной апертуры интерферометра. Эти фотодетекторы расположены в плоскости, перпендикулярной оси одного из плеч интерферометра, у краев подложки со светочувствительным слоем симметрично ей, и в углах прямоугольника и на прямых, перпендикулярных плоскости осей плеч интерферометра другие фотодетекторы 22 и 23 расположены в той же плоскости, что и вышеуказанные четыре фотодетектора, у одного края подложки со светочувствительным слоем 15 на одной прямой, по одну сторону и на одинаковом расстоянии от фотодетекторов 19 и 21; фотодетекторы 24, 25 жестко скреплены с неподвижной дифракционной решеткой 17 и расположены в апертуре этой решетки на прямой, параллельной прямой, на которой расположены фотодетекторы 22, 23. Устройство для синтеза длинных голограммных ДР работает следующим образом: используя импульсный источник когерентного излучения 2, настраивается интерферометр (3-14) на частоту интерференционных полос, соответствующую желаемому периоду штрихов синтезируемой ДР. Источник когерентного излучения импульсного действия расположен на входе интерферометра таким образом, что его когерентное излучение направлено на другую полуплоскость полупрозрачного покрытия разделительного куба интерферометра, чем от источника когерентного излучения непрерывного действия. При таком расположении выполняются оптимальные условия для эффективного использования энергии обеих источников. Затем в интерферометре с помощью источника когерентного излучения непрерывного действия 1 записываются вспомогательные решетки вдоль подложки 16 с шириной больше, чем ширина подложки 15 таким образом, чтобы в их апертуре можно было расположить фотодетекторы 18-23 (см. фиг. 2). Разность в частоте штрихов вспомогательных решеток и синтезируемой решетки практически не влияет на точность определения и ввода коррекции, если эти частоты близки друг к другу, и в случае, когда частоты вспомогательных решеток больше, точность синтеза решетки растет. Подложки со светочувствительным регистрирующим слоем 15 и вспомогательными нефазированными решетками 16 устанавливаются на подвижной каретке жестко одна относительно другой. Подложки 15 и 16 выполнены разной ширины, как показано на фиг. 2. Здесь же видно расположение всех фотодетекторов 18-25 подобно прототипу. Далее настраивают вспомогательную решетку, расположенную на подложке 16, которая попадает перед выходной апертурой интерферометра, и решетку 17 на бесконечную муаровую полосу; включает модуляцию путем подачи переменного напряжения на ячейку 7, запоминают значения разности фаз, снятые с фазометра 32, между фотодетекторами Δ_ϕ10 20, 21 и Δ_ϕ20 21, 23, Δ_ϕ40 24, 25 и Δ_ϕ30 СИ 21. Первый индекс указывает, к какому типу коррекции относится данная величина: 1 наклон штрихов в плоскости подложки на угол α (фиг. 2); 2 изменение положения штрихов из-за отклонения подложек на угол β (фиг. 1); 3 перемещение штриха вдоль подложки. Второй индекс указывает на порядковый номер записываемого участка. СИ₁ синхроимпульс от генератора переменного напряжения служит "опорным" импульсом для определения положения муаровой полосы в пространстве. Различные значения можно получить с помощью блока коммутации и управления 29, который коммутирует требуемую пару фотодетекторов, сигналы с которых через селективные усилители 30 и 31 подаются на фазометр 32. Выбранное первоначально любое значение Δ_ϕ40СИ₁, 21 в дальнейшем поддерживается постоянным с помощью постоянного напряжения блока 27 до самой засветки первого участка. После этого запускают от блока управления и коммутации импульсный источник когерентного излучения 2 (синхроимпульсом СИ₂ от блока 33, связанного с блоком 28) для засветки регистрирующего слоя на подложке 15 СИ₂соответствует моменту времени, когда зеркало 5 проходит через свое стационарное положение. Длительность импульса СИ₂ (≈10^-6 с) и длительность светового импульса источника когерентного излучения 2 (≈10^-8 с) намного меньше, чем длительность модулирующего импульса ячейки 5 (≈10^-3 с). Синхроимпульс СИ₂ для запуска импульсного источника когерентного излучения можно сформировать в блоке синхронизации, который конструируется по известным принципам. Блок синхронизации содержит дифференцирующую цепь для образования отрицательного импульса по спаду пилообразного импульса. Формирователь положительного запускающего импульса на триггере "Шмидта", схему регулирующей задержки на одновибраторе, включающую регулятор задержки на переменном сопротивлении. А также содержит дифференцирующую цепочку заднего фронта сигнала от схемы задержки и схему формирования импульса запуска. Поэтому за столь короткое время на картине интерференционного поля, копируемого на синтезируемую решетку, не сказываются никакие внешние и внутренние факторы типа вибраций и деформации механических узлов и поэтому вводимые до начала засветки коррекции, сохраняют с высокой точностью свое значение и во время самой засветки. Более того, нет необходимости в выключении модулирующего импульса и снятии напряжения с электрострикционной ячейки. После засветки осуществляется перемещение каретки. В результате непараллельного перемещения штрихи записанного первого участка изменили свое положение относительно линий интерференционного поля, которые будут копироваться на втором участке, поэтому необходимо принимать меры для их выставления параллельно относительно линии поля и для фазировкии в области стыковки. С этой целью вводится коррекция, т.о. Δ_ϕ11(18, 19) Δ_ϕ10(20, 21) + δ₁ Δ_ϕ21(22, 19) Δ_ϕ20(21, 23) + δ₂ Δ_ϕ31(СИ1, 19) Δ_ϕ30(СИ₁, 21) + δ₃ Величины коррекции δ₁, δ₂, δ₃ определяются экспериментально заранее, усредняются и принимаются одними и теми же для всех участков. Уход частоты интерференционных линий поля в плоскости регистрирующего слоя, обусловленный деформациями узлов устройства в результате перемещения каретки, контролируется дифракционной решеткой (17) и фотодетекторами (24, 25), а коррекция Δ_ϕ41(24, 25) Δ_ϕ40(24, 25) + δ₄ осуществляется с помощью электрострикционной ячейки 8, управляемой источником постоянного напряжения 26. δ₄ также определяется экстремально. Коррекция δ₁, δ₂ вводится с помощью механических подвижек, а δ₃, δ₄электрически посредством электрострикционных ячеек 7 и 8. После ввода всех вышеуказанных коррекций запоминаются значения Δ_ϕ11(20, 21) Δ_ϕ21(21, 23) Δ_ϕ31(СИ₁, 21) Δ_ϕ41(24, 25) и производится засветка второго участка решетки путем очередного запуска импульсного источника когерентного излучения без слежения за коррекциями во время засветки. Цикл повторяется до синтеза решетки необходимой длины. Предложенное устройство позволяет повысить точность синтезируемой решетки и ее дифракционной эффективности за счет отсутствия необходимости слежения за коррекциями во время засветки в силу малости величины длительности времени засветки, отсутствия "мертвого времени", связанного с выключением модуляции перед засветкой и необходимого для принятия зеркалом стационарного положения, за которое коррекции не поддаются контролю и восстановлению (в прототипе при засветке ведется контроль и коррекция только за фазировкой и то после начала засветки, другие величины не корректируются за это время), а также отсутствия процесса включения и выключения модуляции со всеми отрицательными последствиями, исходящими из него.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИНТЕЗА ДЛИННЫХ ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ ДИФРАКЦИОННЫХ РЕШЕТОК по авт. св. N 1052095, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и дифракционной эффективности синтезируемой голографической решетки, в него дополнительно введен второй источник когерентного излучения импульсного действия, расположенный на входе интерферометра и оптически связанный с ионной полуплоскостью полупрозрачного покрытия света делительного куба интерферометра, чем первый источник, а в оптоэлектронную схему введен блок синхронизации, выход которого связан с вторым источником когерентного излучения импульсного действия, а вход с источником переменного напряжения оптоэлектронной схемы.

РИСУНКИ

Рисунок 1