2-24 全息光栅及取样光栅技术

杨春林

　　全息透镜可用作一种低衍射效率（<1%）的光栅，即取样光栅。可以给出一个样本光束，该样本光束偏离主光束的方向。同时全息透镜的光焦度使样本光束在合适的位置聚焦。校正像差以后，便可观察到主光束的像差和方向。如果采用传统光学元件实现同样的功能，要求有一个多元件的复杂的光学系统，而用全息透镜，就根本不需要其他附加物。用全息光刻法制造取样光栅是一种很好的途径，本研究工作针对ICF驱动系统所需要的全息光学元件，对光传输理论、全息光刻技术，包括光栅制造中的误差分析、曝光光路设计、工艺稳定性等工作进行了深入的研究，得到了较好的实验结果。

　　神光Ⅲ原型装置光路中全息光栅是离轴使用的，因此，制作光路将尽可能与使用条件一样。干涉光学系统的误差直接影响光栅刻槽的位置，光栅刻槽和位置又决定了光栅使用情况下产生的波面像差。因此，要获得高质量的光栅，需要对全息曝光系统限定波像差。光栅刻槽误差与波像差之间的关系为Dh =2Dxsinq_k，式中，Dh，Dx和q_k分别表示波像差、刻槽误差和衍射角。全息光栅的一般要求是刻槽位置误差不大于1/10T，局部位置误差不大于1/100T。由光栅刻槽误差与波像差之间的关系式可得，当干涉角为11.5° ，波长为353(441.6)nm的全息曝光波前的波像差不大于l/10。

　　相同波前再现法的关键是制作能产生相同光波前的光学元件，以便波前误差互相抵消，从而获得高质量的全息光栅。但这种方法用于离轴全息透镜的制作还需要做进一步的研究。分振幅干涉光学系统在降低光学系统光学元件加工精度方面优于分波前干涉光学系统；相同波前再现法光学系统最好。计划采用两种分振幅干涉光学系统进行全息曝光，如果精度达不到要求，可考虑采用相同波前再现法光学系统。

　　通过仔细分析影响全息曝光条纹对比度的各种复杂因素，如震动和激光偏振，实现了对曝光对比度的控制，获得了较好的结果。提出了在全息光路中采用误差对消的技术方案，可以在特定情况下大大减小光栅误差。

　　用自行设计的全息曝光光路进行多次实验，光栅制造过程的重复性较好，制作的小尺寸光栅样片通过原子力显微镜检测显示了较好结果，见图1。在稳定了曝光工艺的基础上，制作出了f 150mm和f 200mm的光刻胶光栅样品，见图2和图3所示。结果证明了本研究工作提出的技术路线是有效的。