申请/专利权人：清华大学

申请日：2018-12-19

公开（公告）日：2021-02-09

公开（公告）号：CN109407194B

主分类号：G02B5/18(20060101)

分类号：G02B5/18(20060101);G02B27/48(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.02.09#授权;2019.03.26#实质审查的生效;2019.03.01#公开

摘要：本公开涉及一种用于形成光栅的装置，该装置包括基板、反射部件和位置移动部件；基板与反射部件之间呈预设角度；位置移动部件与基板连接，用于使基板相对于反射部件至少延基板上待形成的光栅的栅线方向移动。本公开实施例提供的用于形成光栅的装置，通过位置移动部件使基板相对于反射部件至少延基板上待形成的光栅的栅线方向移动，可以减少曝光过程中激光散斑的影响，便于低杂散光光栅的制作。

主权项：1.一种用于形成光栅的装置，其特征在于，所述装置包括基板、反射部件和位置移动部件；所述基板与所述反射部件之间呈预设角度；所述位置移动部件与基板连接，用于使基板相对于反射部件至少延基板上待形成的光栅的栅线方向移动；其中，所述装置还包括控制部件、第一光栅和探测部件，所述控制部件被配置为：在曝光前，获取准直激光通过所述第一光栅在空间中形成的第一干涉场信号，所述准直激光是具有偏振的激光经过扩束、针孔滤波和准直后形成的；在曝光过程中，控制所述位置移动部件，以使得基板延栅线方向移动，并获取准直激光通过所述第一光栅在空间中形成的第二干涉场信号；在所述第二干涉场信号相对于所述第一干涉场信号的位相变化超过第一阈值时，控制所述位置移动部件，以使所述基板延垂直于栅线的方向移动，以补偿所述曝光过程中基板沿栅线方向移动时产生的位相误差；所述准直激光的上部分以所述预设角度入射到所述基板上，所述准直激光的下部分经过所述反射部件反射后以所述预设角度入射到所述基板上，所述准直激光的上部分和下部分在所述基板上形成干涉场信号，其中，所述准直激光的中心位于所述基板和所述反射部件的交线上，所述准直激光的中心线与所述交线所在的平面将所述准直激光分为所述准直激光的上部分和所述准直激光的下部分；其中，所述装置还包括旋转部件，所述反射部件垂直设置于所述旋转部件上，所述位置移动部件设置于所述旋转部件上方，所述基板垂直于所述旋转部件，所述基板和所述反射部件能够随所述旋转部件旋转。

全文数据：用于形成光栅的装置技术领域本公开涉及光学领域，尤其涉及一种用于形成光栅的装置。背景技术全息光栅作为一种典型的衍射光学元件，被广泛应用于AR眼镜、光谱分析、精密计量、激光合束、激光脉冲压缩等领域。光栅杂散光是高质量全息光栅的一个重要指标。导致全息光栅杂散光的主要原因是激光散斑，由于曝光过程要求使用相干性好的激光，因此激光散斑问题严重影响全息光栅的质量。发明内容有鉴于此，本公开提出了一种用于形成光栅的装置。根据本公开的一方面提供了一种用于形成光栅的装置，所述装置包括基板、反射部件和位置移动部件；所述基板与所述反射部件之间呈预设角度；所述位置移动部件与基板连接，用于使基板相对于反射部件至少延基板上待形成的光栅的栅线方向移动。在一种可能的实现方式中，所述装置还包括控制部件，所述控制部件被配置为控制所述位置移动部件，以使所述基板相对于反射部件移动。在一种可能的实现方式中，所述装置还包括旋转部件，所述反射部件垂直设置于所述旋转部件上，所述位置移动部件设置于所述旋转部件上方，所述基板垂直于所述旋转部件，所述基板和所述反射部件能够随所述旋转部件旋转。在一种可能的实现方式中，所述位置移动部件包括升降部，所述升降部用于使所述基板延栅线方向移动。在一种可能的实现方式中，所述位置移动部件包括平移部，所述平移部用于使所述基板延垂直于栅线的方向移动。在一种可能的实现方式中，所述装置还包括第一光栅和探测部件，所述第一光栅与基板连接，并跟随基板移动；所述探测部件，用于接收准直激光通过所述第一光栅在空间中形成的干涉场信号，并将所述干涉场信号传递给所述控制部件。在一种可能的实现方式中，所述控制部件被配置为：在曝光前，获取准直激光通过所述第一光栅在空间中形成的第一干涉场信号；在曝光过程中，控制所述位置移动部件，以使得基板延栅线方向移动，并获取准直激光通过所述第一光栅在空间中形成的第二干涉场信号；在所述第二干涉场信号相对于所述第一干涉场信号的位相变化超过第一阈值时，控制所述位置移动部件，以使所述基板延垂直于栅线的方向移动。在一种可能的实现方式中，所述第一光栅与所述基板的之间呈大于0且小于第二阈值的预设角度。在一种可能的实现方式中，所述第一光栅的周期与所述待曝光干涉场的周期的差值的绝对值小于或等于第三阈值，所述待曝光干涉场是准直激光入射所述基板与所述反射部件，在所述基板上形成的干涉场。本公开实施例通过位置移动部件使基板相对于反射部件至少延基板上待形成的光栅的栅线方向移动，可以减少曝光过程中激光散斑的影响，便于低杂散光光栅的制作。根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。附图说明包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。图1示出根据本公开一实施例的用于形成光栅的装置的俯视结构示意图；图2示出根据本公开一实施例的用于形成光栅的装置的俯视结构示意图；图3示出根据本公开一实施例的用于形成光栅的装置的俯视结构示意图。具体实施方式以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。图1示出根据本公开一实施例的用于形成光栅的装置的俯视结构示意图。如图1所示，用于形成光栅的装置包括基板1、反射部件2和位置移动部件6；基板1与反射部件2呈预设角度例如90度，位置移动部件6与基板1连接，位置移动部件例如设置于基板1的下方或侧方。位置移动部件用于使基板相对于反射部件至少延基板上待形成的光栅的栅线方向移动。例如，如图1所示，在反射部件位置不变的情况下，若待形成的光栅的栅线方向垂直于纸面竖直方向，则位置移动部件可使基板延垂直于纸面方向移动。在本实施例中，基板可以是表面光滑且具有光敏性的硬质材料，还可以是具有一定厚度光致抗蚀剂或其他光敏材料的涂层且表面光滑的玻璃板，本公开对此不作限制。反射部件可以是平面反射镜等任何形式的反射部件。在工作中，具有垂直偏振的激光经过扩束、针孔滤波和准直后形成准直激光光束，准直激光光束的中心位于基板1和反射部件2的交线上。当准直激光光束入射到装置中的基板1和反射部件2上，如图1所示，基板1和反射部件2交线的上部分准直激光光束以角度θ直接入射到基板1上，基板1和反射部件2交线的下部分准直激光光束经过反射部件2反射后以角度θ入射到基板1上，基板1的法线与反射部件2的法线相互垂直，同时两部分准直激光光束在基板1上可形成干涉场明暗相间的干涉条纹。干涉场经曝光、显影后，在基板上形成光栅。通过延栅线方向移动基板，可平均掉激光散斑导致的光栅杂散光，减少曝光过程中激光散斑的影响，便于低杂散光光栅的制作。本实施例的装置结构紧凑，使用方便，便于操作，适用于各种尺寸光栅，特别是小尺寸光栅的制作。基板的移动可在曝光过程中进行，即可在基板上形成待曝光干涉场后、曝光完成之前，延栅线方向移动基板。该移动可以是缓慢、匀速移动。在一种可能的实现方式中，位置移动部件可包括升降部4，升降部用于使基板延栅线方向移动。升降部可位于基板下方，使基板上下移动。基板上待形成的光栅的栅线方向可与基板上下移动的方向相同。本公开不限制升降部的具体实现方式，只要其能够使基板上下移动即可。升降部4使基板1移动的距离可在1mm之内，升降部4移动的方向及距离可以根据准直激光光束在基板1上形成的干涉场的方向和周期进行设置，本公开对此不作限制。在一种可能的实现方式中，装置还包括控制部件未示出，控制部件被配置为控制位置移动部件，以使基板相对于反射部件移动。控制部件可输出控制信号，以控制位置移动部件移动。位置移动部件可以包括可控电机等可由控制信号控制的部件。控制部件可通过计算机，单片机、或逻辑电路等方式实现。图2示出根据本公开一实施例的用于形成光栅的装置的俯视结构示意图。在一种可能的实现方式中，装置还包括旋转部件7例如转台、可旋转底板等，反射部件2垂直设置于旋转部件7上，位置移动部件6设置于旋转部件7上方，基板1垂直于旋转部件7，基板1和反射部件2能够随旋转部件旋转。其中，基板1和反射部件2的交线可与旋转部件7的转轴重合。在工作中，通过使旋转部件7旋转，改变准直激光光束入射基板1及反射部件2的角度。通过改变准直激光光束入射基板1和反射部件2的角度，可以改变准直激光光束在基板1上形成的干涉场的周期。因此如果制作不同周期的光栅，可以通过使旋转部件7旋转，改变准直激光光束入射基板1和反射部件2的角度并进行曝光处理，获得目标周期的光栅。本领域技术人员可以根据需要对旋转部件的大小及形状进行设置，本公开对此不作限制。在一中可能的实现方式中，位置移动部件还可包括平移部5，平移部5用于使基板延垂直于栅线的方向移动。例如，栅线延竖直方向，则平移部可使基板延水平方向移动。平移部可位于基板下方，也可位于基板侧方，本公开对平移部的位置及具体实现方式不做限制。图3示出根据本公开一实施例的用于形成光栅的装置的俯视结构示意图。如图3所示，在一种可能的实现方式中，装置还包括第一光栅3和探测部件8，第一光栅3与基板1连接，并跟随基板移动；探测部件8，用于接收准直激光通过第一光栅3在空间中形成的干涉场信号，并将干涉场信号传递给控制部件。第一光栅可以是反射式衍射光栅、透射式衍射光栅，还可以是其他类型的光栅，本公开对此不作限制。探测部件8可以是CCD、光电探测器，还可以是其他种类的信号检测部件，本公开对此不作限制。探测部件8设置在可接受干涉场的方向，例如准直激光透射过第一光栅透射式后传播的方向，或者准直激光被第一光栅反射式反射后的传播方向。探测部件8接收干涉场信号，并将干涉场信号传递给控制部件。可以根据第一光栅的类型设置探测部件8在装置中的位置，本公开对此不作限制。举例来说，如图3所示，基板1和反射部件2的交线的上部分准直激光光束以角度θ直接入射到基板1上时，同样以角度θ入射到第一光栅3上，下半部分准直激光光束经过反射部件2反射后以角度θ入射到基板1上，同时也以角度θ入射到第一光栅3上。当第一光栅为反射式衍射光栅时，两部分准直激光光束通过第一光栅的反射衍射级次在空间中形成干涉场信号，将探测部件8设置在如图3所示的准直激光光束通过第一光栅被衍射后的传播方向。探测部件8接收到干涉场信号，并将干涉场信号传递给控制部件未示出。为便于探测部件8接收到干涉场信号，选择合适周期的第一光栅，使得两部分准直激光光束通过第一光栅的反射衍射级次可在空间中形成周期为毫米量级的干涉场信号。在工作中，基板1在延栅线方向例如竖直方向移动过程中可能会发生角度倾斜和位置晃动，其中，基板延着垂直于栅线方向例如水平方向的晃动可以引入干涉场位相误差，从而对制作光栅的位相引入误差。通过探测部件和第一光栅，能够感测到这种位相误差，进而可以对该误差进行补偿。在一种可能的实现方式中，第一光栅与基板的之间呈大于0且小于第二阈值的预设角度。在该装置中，第一光栅与基板可以大致在同一平面内，比如在基板的上方或下方设置第一光栅。可根据装置的结构设置第一光栅的位置，以使第一光栅可跟随基板移动，同时两部分准直激光光束均能入射到第一光栅上，本公开对第一光栅的位置不作具体限制。在基板1上方设置第一光栅3时，可以使第一光栅3与基板1之间有一个小角度偏差，该角度大于0且小于第二阈值如第二阈值为1度角。这样，可以使两部分准直激光光束经由第一光栅产生周期较大的干涉场信号，便于探测器接收干涉场信号，同时当探测器设置在距离第一光栅较近的位置，也可接收到经由第一光栅产生的干涉场，使得装置结构紧凑。可以根据需要对第二阈值进行设置，本公开对此不作限制。在一种可能的实现方式中，控制部件被配置为：在曝光前，获取准直激光通过第一光栅在空间中形成的第一干涉场信号；在曝光过程中，控制位置移动部件，以使得基板延栅线方向移动，并获取准直激光通过第一光栅在空间中形成的第二干涉场信号；在第二干涉场信号相对于第一干涉场信号的位相变化超过第一阈值时，控制位置移动部件，以使基板延垂直于栅线的方向移动。在该实现方式中，通过探测部件8接收到的准直激光光束经过第一光栅3形成的干涉场信号作为参考，判断在基板上形成的干涉场是否发生位相变化，该位相变化可能是基板在延栅线方向移动的过程中，在垂直于栅线方向发生晃动而引起的。在一个示例中，在曝光处理前，探测部件8接收到准直激光光束通过第一光栅在空间中形成的第一干涉场信号，并将该第一干涉场信号传递给控制部件；在曝光过程中，控制部件控制位置移动部件例如控制升降部4延栅线方向移动，并获取准直激光通过第一光栅在空间中实时形成的第二干涉场信号；在第二干涉场信号相对于第一干涉场信号的位相变化超过第一阈值时，控制位置移动部件例如控制平移部5，以使基板延垂直于栅线的方向移动。其中第一阈值可根据需要设置，可以为0。在一种可能的实现方式中，可根据位相变化的幅度和符号，确定基板的移动方向例如向前或向后以及移动距离。位相变化与移动方式的对应关系可根据实际情况确定，本公开对此不作限制。在使基板延栅线方向移动的过程中检测到位相误差时，使基板延垂直于栅线方向移动，可以补偿位相误差，使得移动基板后准直激光光束在基板上形成的干涉场与移动基板前形成的干涉场位相相同。通过上述方式，可弥补基板沿栅线方向移动过程中引入的位相误差。在一种可能的实现方式中，在曝光过程中，在第二干涉场相对于第一干涉场的位相变化未超过第一阈值时，控制部件可停止基板沿垂直于栅线方向的移动。在该实现方式中，在曝光过程中，控制部件根据第二干涉场信号相对于第一干涉场信号的位相变化超过第一阈值或未超过第一阈值，控制基板沿垂直于栅线方向移动或停止沿垂直于栅线方向移动。这样，可使得基板在延栅线方向移动的整个过程中，第二干涉场信号相对于第一干涉场信号的位相变化基本不超过第一阈值。当曝光量达到预定值时，停止曝光，并通过后续的显影等处理，在基板上形成第二光栅。可根据第二光栅的周期等参数对曝光量进行设置，本公开对此不作限制。在一中可能的实现方式中，第一光栅的周期与待曝光干涉场的周期的差值的绝对值小于或等于第三阈值，待曝光干涉场是准直激光入射基板与反射部件，在基板上形成的干涉场。在该实现方式中，为了使准直激光通过第一光栅衍射后形成的干涉场，能够更好的反应基板在栅线方向移动的过程中引起的晃动，第一光栅的周期与待曝光干涉场的周期差值的绝对值小于或等于第三阈值如待曝光干涉场周期的10％。可以根据实际待曝光干涉场的周期确定具体的第三阈值，本公开对此不作限制。通过上述方式，在曝光过程中，让基板上一点历经曝光光束上多个点的照射从而平均掉散斑导致的高频误差。在移动过程中，在锁定曝光光束相对于基板的位相，以保证光栅栅线不会因移动误差而被抹平，或因移动而导致光栅占宽比减小。以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

权利要求：1.一种用于形成光栅的装置，其特征在于，所述装置包括基板、反射部件和位置移动部件；所述基板与所述反射部件之间呈预设角度；所述位置移动部件与基板连接，用于使基板相对于反射部件至少延基板上待形成的光栅的栅线方向移动。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括控制部件，所述控制部件被配置为控制所述位置移动部件，以使所述基板相对于反射部件移动。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括旋转部件，所述反射部件垂直设置于所述旋转部件上，所述位置移动部件设置于所述旋转部件上方，所述基板垂直于所述旋转部件，所述基板和所述反射部件能够随所述旋转部件旋转。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述位置移动部件包括升降部，所述升降部用于使所述基板延栅线方向移动。5.根据权利要求1或4所述的装置，其特征在于，所述位置移动部件包括平移部，所述平移部用于使所述基板延垂直于栅线的方向移动。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第一光栅和探测部件，所述第一光栅与基板连接，并跟随基板移动；所述探测部件，用于接收准直激光通过所述第一光栅在空间中形成的干涉场信号，并将所述干涉场信号传递给所述控制部件。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制部件被配置为：在曝光前，获取准直激光通过所述第一光栅在空间中形成的第一干涉场信号；在曝光过程中，控制所述位置移动部件，以使得基板延栅线方向移动，并获取准直激光通过所述第一光栅在空间中形成的第二干涉场信号；在所述第二干涉场信号相对于所述第一干涉场信号的位相变化超过第一阈值时，控制所述位置移动部件，以使所述基板延垂直于栅线的方向移动。8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一光栅与所述基板的之间呈大于0且小于第二阈值的预设角度。9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一光栅的周期与所述待曝光干涉场的周期的差值的绝对值小于或等于第三阈值，所述待曝光干涉场是准直激光入射所述基板与所述反射部件，在所述基板上形成的干涉场。

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