一种基于体全息光栅的可调谐滤波器的制作方法与流程

本发明涉及光学滤波器，具体涉及一种基于体全息光栅的可调谐滤波器的制作方法。

背景技术：

1、可调谐滤波器的滤波曲线的特征参数，如中心波长、峰值效率、半波全宽等，可以根据需要进行调整，对输入光源有着不同的光谱响应，广泛应用于单色仪、光谱仪、光纤通信、光纤传感、波长扫描激光器等领域。常见的可调谐滤波器有可调谐光纤布拉格光栅、声光可调滤波器、液晶调制器、可调谐谐振器、可旋转薄膜器件、利奥滤波器等。

2、可调谐滤波器的可调谐性来源于滤波曲线的中心波长、峰值效率、半波全宽等特征参数的可调谐性，尤其是中心波长，其决定着可调谐滤波器的使用波长范围和可调谐分辨率。在基于体全息光栅的滤波器中，中心波长取决于体全息光栅的光栅周期，体全息光栅的光栅周期取决于曝光波长和曝光角度。

3、为了在同一片可调谐滤波器的不同区域实现不同的光栅周期，进而实现不同的中心波长，现有技术一般采用分区域曝光的方法，针对可调谐滤波器的不同区域，采用不同的曝光角度(或曝光波长)进行曝光。这种方法需要额外的高精度掩膜版，曝光时间较长，并且改变曝光角度时的机械震动、位移等容易导致曝光失败。此外，由于不同区域的曝光角度是离散的，这就导致不同区域的光栅周期、中心波长是离散的，所以为了提高可调谐分辨率，必须提高曝光角度的采样个数，使得曝光过程更为复杂。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种基于体全息光栅的可调谐滤波器的制作方法，能够有效克服现有技术所存在的曝光过程复杂、可调谐分辨率较低的缺陷。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

5、一种基于体全息光栅的可调谐滤波器的制作方法，基于体全息光栅，通过在可调谐滤波器的不同区域制作连续变化的光栅周期的体全息光栅，实现可调谐滤波器的波长可调谐性。

6、优选地，具体包括以下步骤：

7、s1、将柔性体全息薄膜贴覆于弯曲表面反射镜上；

8、s2、利用激光扩束准直系统出射的平行光束对弯曲表面反射镜上的柔性体全息薄膜进行曝光处理，形成体全息光栅；

9、s3、将曝光后的柔性体全息薄膜展开成平面，并转移至平板基底上，构成可调谐滤波器。

10、优选地，所述体全息光栅的栅线平行于可调谐滤波器的表面，且光栅周期沿栅线方向发生变化，使得可调谐滤波器的中心波长沿栅线方向发生变化。

11、优选地，所述弯曲表面反射镜上x位置处与激光扩束准直系统出射的平行光束之间的夹角，即曝光角度θ(x)为：

12、θ(x)＝arctan(f'(x))(i)

13、其中，f’(x)为弯曲表面反射镜的面型函数y＝f(x)的导数。

14、优选地，所述体全息光栅上x位置处的光栅周期d(x)为：

15、

16、其中，dx(x)、dy(x)分别为体全息光栅在x方向、y方向上的周期，dx(x)＝∞，则体全息光栅上x位置处的光栅周期d(x)进一步推导为：

17、

18、其中，navg为柔性体全息薄膜的平均折射率，θn(x)为曝光角度θ(x)在柔性体全息薄膜中的折射角，l为曝光波长。

19、优选地，所述可调谐滤波器上x位置处的中心波长λb(x)满足布拉格条件：

20、λb(x)＝2navgd(x)cosθbn(iv)

21、其中，θbn为输入光源的入射角θb在柔性体全息薄膜中的折射角；

22、结合式(iii)，则可调谐滤波器上x位置处的中心波长λb(x)进一步推导为：

23、

24、即可调谐滤波器上不同区域的中心波长λb(x)取决于曝光波长l、曝光角度θ(x)和输入光源的入射角θb。

25、优选地，通过调整曝光波长l、输入光源的入射角θb，使得可调谐滤波器的中心波长范围整体向长波或短波方向移动；

26、通过调整弯曲表面反射镜的表面弯曲程度来调整曝光角度θ(x)的变化范围，使得可调谐滤波器的中心波长的移动量大小发生变化。

27、优选地，所述激光扩束准直系统包括激光器、物镜、微孔和准直透镜，所述激光扩束准直系统出射的平行光束的k矢量平行于y轴。

28、(三)有益效果

29、与现有技术相比，本发明所提供的一种基于体全息光栅的可调谐滤波器的制作方法，具有以下有益效果：

30、1)仅需一次曝光即可获得中心波长移动量较大的可调谐滤波器，曝光过程简单，曝光稳定性好，制作成本低；

31、2)可调谐滤波器的中心波长是连续变化的，具有较高的可调谐分辨率。

技术特征：

1.一种基于体全息光栅的可调谐滤波器的制作方法，其特征在于：基于体全息光栅，通过在可调谐滤波器(3)的不同区域制作连续变化的光栅周期的体全息光栅，实现可调谐滤波器(3)的波长可调谐性。

2.根据权利要求1所述的基于体全息光栅的可调谐滤波器的制作方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的基于体全息光栅的可调谐滤波器的制作方法，其特征在于：所述体全息光栅的栅线平行于可调谐滤波器(3)的表面，且光栅周期沿栅线方向发生变化，使得可调谐滤波器(3)的中心波长沿栅线方向发生变化。

4.根据权利要求2所述的基于体全息光栅的可调谐滤波器的制作方法，其特征在于：所述弯曲表面反射镜(201)上x位置处与激光扩束准直系统(1)出射的平行光束之间的夹角，即曝光角度θ(x)为：

5.根据权利要求4所述的基于体全息光栅的可调谐滤波器的制作方法，其特征在于：所述体全息光栅上x位置处的光栅周期d(x)为：

6.根据权利要求5所述的基于体全息光栅的可调谐滤波器的制作方法，其特征在于：所述可调谐滤波器(3)上x位置处的中心波长λb(x)满足布拉格条件：

7.根据权利要求6所述的基于体全息光栅的可调谐滤波器的制作方法，其特征在于：通过调整曝光波长l、输入光源的入射角θb，使得可调谐滤波器(3)的中心波长范围整体向长波或短波方向移动；

8.根据权利要求2所述的基于体全息光栅的可调谐滤波器的制作方法，其特征在于：所述激光扩束准直系统(1)包括激光器(101)、物镜(102)、微孔(103)和准直透镜(104)，所述激光扩束准直系统(1)出射的平行光束的k矢量平行于y轴。

技术总结
本发明涉及光学滤波器，具体涉及一种基于体全息光栅的可调谐滤波器的制作方法，基于体全息光栅，通过在可调谐滤波器的不同区域制作连续变化的光栅周期的体全息光栅，实现可调谐滤波器的波长可调谐性；本发明提供的技术方案能够有效克服现有技术所存在的曝光过程复杂、可调谐分辨率较低的缺陷。

技术研发人员：刘斌,郑贤鑫,陈火耀,王宇
受保护的技术使用者：安徽中科光栅科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/4