衍射波长10.6μm的计算全息光栅扫描器研究

　　1　引　言

　　应用计算全息技术来制作用于波长λ=10.6μm的激光扫描器有许多优点:(1)记录介质不必对波长10.6μm的激光束灵敏,而若用光学全息法,记录介质必须对此红外波长敏感,且这种介质很难找到;(2)计算全息扫描器的扫描速度和扫描方向可以做成任意的,这为激光加工提供了方便;(3)由于波长λ=10.6μm的激光能量高,必须用吸收小的反射型激光扫描器,常常是用硅单晶片蚀刻而成,而二元计算全息图的二元透过性质可以很容易地把它转变成反射型位相全息图[1,2]。因此波长λ=10.6μm的计算全息光栅扫描器有广泛的应用,如:激光加工、激光雷达、激光打标机、人工雕花[3]。

　　2　扫描器的设计

　　用作光栅扫描器的计算全息图的制作方法,关键是确定位相变换函数。对于圆盘型反射式位相型计算全息光栅扫描器,为了讨论方便,先给出圆筒型计算全息光栅扫描器的基本原理[4,5]。

　　2.1　圆筒型计算全息光栅扫描器的位相函数Φ及条纹位置方程y

　　对于反射式位相型光栅扫描器,其振幅不变。因此其位相变化函数可写成exp[jΦ(x,y)],圆筒型扫描器把光栅扫描器先记录在平面胶片上,再卷成圆筒,作旋转运动。所以圆筒型光栅扫描器的运动方式与平面全息图的运动方式相同。

　　圆筒型计算全息光栅扫描器的位相函数:

　　方程(1)和(2)是圆筒型扫描器的基本方程式。

　　2.2　全息图位相方程中的参数d,ω,△x和扫描器的实际参数N,L等之间关系的结构参数方程式:

　　(3)用来表示激光束照明的光栅线条数,是载频,目的是选出y方向的一级衍射波。为了避免y方向的一级衍射波和其余各高级次的衍射波重叠,必须满足△x>d。

　　2.3　圆盘型扫描器的基本方程式

　　圆盘型扫描器中计算全息图的位相函数取成极坐标形式,因此只需将方程(1)和(2)中的x,y用R0θ,R代替便可得出圆盘型扫描器的位相函数:

　　圆盘型扫描器中全息图的参数取法与圆筒型扫描器的相同。

　　(1)参数d由公式(5)决定

　　(4)当d取不同值,扫描器将实现帧扫描,当取两个d值d1,d2时,d1由(7)决定

息图的张角不能超过2π,θ角可在π和一π之间取值。

　　2.4　设计参数

　　实验中所设计的全息图参数R外=58500μm,R内=53500μm,R0=56000μm,ω=3887μm,△x=2749μm,d1=120μm,d2=200μm。由此设计的圆盘型反射式计算全息光栅扫描器可以实现两行直线扫描,并且扫描角范围为10°×2°,分辨力为64个/行。