高衍射效率光折变体全息透镜的制作方法

摘要

一种高衍射效率光折变体全息透镜的制作方法，包括下列步骤：①根据光折变体全息透镜高衍射效率的要求，在平行记录光束和会聚记录光束在晶体内部的夹角α应较小，在取值范围3°≤a≤25.5°内，选择一合适的α值；②根据α对光折变晶体的外形进行优化设计；③选择双掺杂铌酸锂晶体按设计尺寸加工成七面体；④用均匀紫外光进行预敏化；⑤两记录红光光束经同一个入射面射入七面体晶体内，该平行光束和会聚光束在晶体内发生小角度相干记录，制成光折变体全息透镜。本发明制作的体全息透镜具有衍射效率高、体积小、结构紧凑、性能稳定、波长和视场选择性好的优点。

主权项

1、一种高衍射效率光折变体全息透镜的制作方法，其特征在于该方法包括下列步骤：(一)根据光折变体全息透镜衍射效率的要求，在平行记录光束和会聚记录光束在晶体内部的夹角α的取值范围3°≤α≤25.5°内，选择一合适的α值；(二)根据α对光折变晶体的外形进行优化设计，包括以下具体步骤：光折变晶体的体全息透镜的外形是一由顶点为M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9和M10构成的七面体(1)，其入射面(3)的长度为M1M2＝L，宽度为M2M3＝l，一会聚光束的全反射面(5)的长度为M7M8＝L1，宽度为M8M9＝l；该全反射面(5)与入射面(3)相对且其夹角为β，与该入射面(3)相邻的垂直面(6)的高度为M1M8＝h，宽度为M1M4＝l，与垂直面(6)相对且与该入射面(3)相邻的另一面是会聚光束的出射面(4)，该出射面(4)与入射面(3)的夹角为Φ，上述参数根据下列公式进行优化设计：①i1、i3和i2分别表示会聚光束两个边缘光线与中心光线在全反射面(5)上的反射角，则i1＝α-γ+β；i2＝α+β；i3＝α+γ′+β，其中α-γ和α+γ′分别为晶体内部会聚光束的边缘光线与入射面(3)法线的夹角，其中：$\gamma =\mathrm{arctg}\frac{1+\cos 2\alpha }{\frac{4f}{l}-\sin 2\alpha }$ ${\gamma }^{\prime }=\mathrm{arctg}\frac{1+\cos 2\alpha }{\frac{4f}{l}+\sin 2\alpha }$ f指会聚光束的等效焦距；②为使会聚光束在反射面(5)上发生全反射同时平行光束沿原方向透射出晶体，β须满足C-(α-γ)≤β≤C，式中C为寻常光O光在晶体中的全反射角，其值为$C=\arcsin \frac{1}{n},$ n表示O光在晶体中的折射率；③为使会聚光束在出射面(4)上垂直射出，则Φ＝180°-α-2β；④、为使会聚光束的焦点位于该光折变晶体(1)之体外，则h＞h0，其中$h_0=[l+\frac{f{\sin 2i}_1}{2\cos \beta {\cos i}_1\cos (\alpha -\gamma )}]\cos ({2i}_3-\alpha -{\gamma }^{\prime }){\cos i}_3{\sin }^{-1}{2i}_3{\cos }^{-1}\beta ;$ 并且L1＞L10，其中$L_{10}=\left\{\right[l+\frac{{f\sin 2i}_1}{{2\cos \beta \cos i}_1\cos (\alpha -\gamma )}]-(\frac{f}{2\cos \beta }+\Delta h\cos \beta )\sin \beta \}{\cos }^{-1}\beta ;$ $L=[l+\frac{f{\sin 2i}_1}{2\cos \beta {\cos i}_1\cos (\alpha -\gamma )}]-\frac{2\cos \mathrm{\beta \Delta }h\cos i_2}{\sin \phi }$ 上式中Δh＝h-h0；(三)选择双掺杂铌酸锂晶体，按步骤㈡设计的尺寸加工成所需的七面体(1)；(四)用均匀紫外光照射该七面体(1)，对记录部分进行预敏化；(五)两记录红光光束经同一个入射面(3)射入七面体(1)的双掺杂铌酸锂晶体内，其中平行光束垂直入射，会聚光束倾斜入射，其入射角根据α和折射定律计算出，平行光束和会聚光束在上述晶体内发生小角度相干记录产生体全息透镜，制成光折变体全息透镜。