本申請(qǐng)涉及光學(xué)，具體涉及一種體全息光柵曝光系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，元宇宙相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，其中ar(argument?reality)眼鏡作為元宇宙的主要載體之一，受到許多企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)的關(guān)注?；隗w全息光柵的衍射光波導(dǎo)是ar眼鏡中的主流技術(shù)方案之一。體全息光柵是一種輕薄、高效的光學(xué)元器件。通過(guò)對(duì)體全息光柵參數(shù)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，它可以將微型光機(jī)投影的虛擬圖像耦入到波導(dǎo)中進(jìn)行傳輸和擴(kuò)瞳，并最終將擴(kuò)展后的畫面耦出波導(dǎo)，精準(zhǔn)地引導(dǎo)至觀察者的瞳孔中。

2、體全息光柵一般由光敏材料通過(guò)干涉曝光形成。通過(guò)將激光器發(fā)出兩束相關(guān)光進(jìn)行準(zhǔn)直擴(kuò)束，重疊于待曝光的基板平面上，由于光強(qiáng)的強(qiáng)弱分布產(chǎn)生明暗交替的干涉條紋。待曝光的基板上涂有光敏材料，其中的感光分子會(huì)根據(jù)光強(qiáng)分布，產(chǎn)生聚合反應(yīng)，最終在光敏材料內(nèi)部形成周期性的與干涉條紋對(duì)應(yīng)的折射率變化。

3、因此對(duì)于體全息光柵的曝光過(guò)程，關(guān)鍵過(guò)程就是產(chǎn)生光強(qiáng)周期性分布的光場(chǎng)，其中以采用雙光束干涉法和掩膜版曝光為主。但是這兩種方法各自具有缺陷，雙光束光路元件較多，在曝光時(shí)極易受到環(huán)境變化的干擾，造成全息光柵曝光缺陷，影響光柵最終的光學(xué)效果。而采用掩膜版曝光時(shí)，其一，會(huì)有較多的雜光將對(duì)曝光產(chǎn)生影響；其二，掩膜版面積至少為需要曝光的光柵面積的兩倍，使得掩膜版的成本會(huì)隨面積增長(zhǎng)成倍增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)實(shí)施例的目的在于提供一種體全息光柵曝光系統(tǒng)，提高光柵質(zhì)量，降低制作難度和成本。

2、本申請(qǐng)實(shí)施例的一方面，提供了一種體全息光柵曝光系統(tǒng)，包括沿光軸依次設(shè)置的光源、濾波器、擴(kuò)束器、掩膜版、透鏡和曝光基板，所述掩膜版上具有與待曝光干涉場(chǎng)周期一致的衍射光柵，所述透鏡位于所述掩膜版的泰伯距離或泰伯子像距離處，所述曝光基板與所述光軸之間呈夾角設(shè)置；

3、所述光源出射的光線經(jīng)所述濾波器過(guò)濾高階雜散光，再經(jīng)所述擴(kuò)束器轉(zhuǎn)化為平行準(zhǔn)直的擴(kuò)束光線，所述擴(kuò)束光線垂直照射在所述掩膜版上，經(jīng)所述透鏡在所述曝光基板上曝光。

4、可選地，所述泰伯距離滿足：z＝2nd2/λ，n為≥1的正整數(shù)，d為所述掩膜版上衍射光柵的周期，λ為所述光源的波長(zhǎng)；

5、所述泰伯子像距離滿足：z＇＝(n＇-1/2)d2/λ，n＇為1/2的正整數(shù)倍。

6、可選地，所述透鏡的焦深dof滿足：其中，ω0為所述透鏡的焦點(diǎn)處光束腰寬度，λ為所述光源的波長(zhǎng)，f＇為所述透鏡的焦距，d為所述透鏡的直徑。

7、可選地，所述透鏡的透射率函數(shù)其中，θ的取值范圍為0到2π，r為所述透鏡的半徑。

8、可選地，還包括有用于承載所述曝光基板的多軸位移臺(tái)，以用于調(diào)整曝光基板和所述光軸之間的傾斜角度θslant。

9、可選地，所述光源出射的光線經(jīng)所述掩膜版后形成泰伯像或泰伯子像，所述泰伯像或所述泰伯子像的焦深△f應(yīng)至少為δfmin＝h/cos(θslant)+ltan(θslant)，h為所述曝光基板的厚度，l為所述曝光基板的入射面的長(zhǎng)度。

10、可選地，掃描曝光的步進(jìn)長(zhǎng)度t為所述掩膜版的衍射光柵周期的整數(shù)倍：t＝m×λ，其中m為正整數(shù)，λ為光柵周期。

11、可選地，所述透鏡和所述曝光基板之間還設(shè)置有光闌。

12、可選地，所述透鏡包括長(zhǎng)焦深錐透鏡。

13、可選地，所述擴(kuò)束器包括消色差的傅里葉透鏡。

14、本申請(qǐng)實(shí)施例提供的體全息光柵曝光系統(tǒng)，基于光柵自成像效應(yīng)產(chǎn)生光強(qiáng)周期性分布的泰伯像或泰伯子像對(duì)光敏材料進(jìn)行曝光，具有穩(wěn)定性高、雜光少、掩膜版設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、制造成本低的優(yōu)點(diǎn)。掩膜版上的衍射光柵周期與曝光所需干涉場(chǎng)一致，可以極大的簡(jiǎn)化掩膜版上的衍射光柵的設(shè)計(jì)難度。在此基礎(chǔ)上，基于光柵自成像效應(yīng)產(chǎn)生的泰伯像作為干涉場(chǎng)，在曝光時(shí)無(wú)其他雜光影響，提高了光柵質(zhì)量。此外，基于光柵自成像效應(yīng)產(chǎn)生的泰伯像尺寸與掩膜版上的衍射光柵尺寸一致，最大限度的利用了掩膜版上的衍射光柵面積，降低了掩膜版的制造成本。進(jìn)一步地，利用泰伯子像，可將泰伯像中的像元密度提升一倍，從而使得掩膜版上的衍射光柵線密度為所需曝光光柵的一半，極大降低了掩膜版的制造難度。

技術(shù)特征：

1.一種體全息光柵曝光系統(tǒng)，其特征在于，包括：沿光軸依次設(shè)置的光源、濾波器、擴(kuò)束器、掩膜版、透鏡和曝光基板，所述掩膜版上具有與待曝光干涉場(chǎng)周期一致的衍射光柵，所述透鏡位于所述掩膜版的泰伯距離或泰伯子像距離處，所述曝光基板與所述光軸之間呈夾角設(shè)置；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的體全息光柵曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述泰伯距離滿足：z＝2nd2/λ，n為≥1的正整數(shù)，d為所述掩膜版上衍射光柵的周期，λ為所述光源的波長(zhǎng)；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的體全息光柵曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述透鏡的焦深dof滿足：其中，ω0為所述透鏡的焦點(diǎn)處光束腰寬度，λ為所述光源的波長(zhǎng)，f＇為所述透鏡的焦距，d為所述透鏡的直徑。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的體全息光柵曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述透鏡的透射率函數(shù)其中，θ的取值范圍為0到2π，r為所述透鏡的半徑。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的體全息光柵曝光系統(tǒng)，其特征在于，還包括有用于承載所述曝光基板的多軸位移臺(tái)，以用于調(diào)整曝光基板和所述光軸之間的傾斜角度θslant。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的體全息光柵曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述光源出射的光線經(jīng)所述掩膜版后形成泰伯像或泰伯子像，所述泰伯像或所述泰伯子像的焦深△f應(yīng)至少為△fmin＝h/cos(θslant)+ltan(θslant)，h為所述曝光基板的厚度，l為所述曝光基板的入射面的長(zhǎng)度。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的體全息光柵曝光系統(tǒng)，其特征在于，掃描曝光的步進(jìn)長(zhǎng)度t為所述掩膜版的衍射光柵周期的整數(shù)倍：t＝m×λ，其中m為正整數(shù)，λ為光柵周期。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的體全息光柵曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述透鏡和所述曝光基板之間還設(shè)置有光闌。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的體全息光柵曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述透鏡包括長(zhǎng)焦深錐透鏡。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的體全息光柵曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述擴(kuò)束器包括消色差的傅里葉透鏡。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N體全息光柵曝光系統(tǒng)，涉及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，包括沿光軸依次設(shè)置的光源、濾波器、擴(kuò)束器、掩膜版、透鏡和曝光基板，掩膜版上具有與待曝光干涉場(chǎng)周期一致的衍射光柵，透鏡位于掩膜版的泰伯距離或泰伯子像距離處，曝光基板與光軸之間呈夾角設(shè)置；光源出射的光線經(jīng)濾波器過(guò)濾高階雜散光，再經(jīng)擴(kuò)束器轉(zhuǎn)化為平行準(zhǔn)直的擴(kuò)束光線，擴(kuò)束光線垂直照射在掩膜版上，經(jīng)透鏡在曝光基板上曝光。基于光柵自成像效應(yīng)產(chǎn)生光強(qiáng)周期性分布的泰伯像或泰伯子像對(duì)光敏材料進(jìn)行曝光，具有穩(wěn)定性高、雜光少、掩膜版設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、制造成本低的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：金戈,楊鑫,金鳳明,段守恒,馮東洋,劉風(fēng)雷
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江水晶光電科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8