点阵全息图衍射效率的测量方法研究

　　1　问题的提出

　　测量激光防伪标识全息图的衍射效率,是判别该标识质量好坏的主要依据。通常的激光防伪标识均采用彩虹全息方式,它的特点是再现像的每一个像点成像均以像方狭缝像为有效孔径,所以当一倾斜激光束入射在全息图被测像点处,衍射方向必然产生一个狭缝像,只要把这一束狭缝型的光束用相对孔径足够大的球面反射镜或会聚透镜组会聚成足够小的面积,用照度计即可检测衍射光或衍射效率,见图1所示。

　　随着防伪技术的创新和发展,出现了计算机控制的点阵全息图,见图2所示。这种全息图的每一个像点是由两束平行光干涉而形成的。两束光所在的平面方位决定了干涉条纹的方向,两束光的夹角决定了干涉条纹的空间频率(或条纹的空间周期),干涉条纹的方向与空间频率均是可变的参量。点的大小目前从300~2540点数/英寸。

　　这种点阵全息图不仅经常应用于全息防伪标识,而且被用来制作素面光栅(即正交光栅)和光柱光栅(干涉条纹的方向连续变化的光栅),大规模用于包装材料。因此需要研究可靠的衍射效率测量方法和检测系统。

　　2　测量方法的研究

　　按照现有测试彩虹全息图的方法[1],在倾斜激光束入射光的入射面(入射线与法线组成的面)内,0级光一定在入射面反射光方向上,负1级的衍射光束,大约在光栅平面法线附近,并且是狭缝型,正、负1级衍射光束的主光线均在入射面(入射线与法线组成的面)内,聚光系统位于光栅平面法线附近,负责把负1级的衍射光束会聚在光电接收器的敏感接受面内。而0级、正1级和正负2级衍射光远离聚光系统,不能进入接收器,也就不可能被记录下来。用平行光栅面的毛玻璃(或硫酸纸屏)接收,可以看到各级衍射光的分布,如图3所示。

　　如果狭缝退化为一个点,狭缝式的彩虹全息图就变成光栅式全息图。倾斜入射的激光束照射的被测面积所包含的各点阵的点元内的光栅方向是相同的,并且与入射面(入射线与法线组成的面)垂直,那么各级衍射光点分布在一条线上,也就是说衍射光各级分布在入射面内。

　　一般来说,国内外计算机控制的点阵全息图干涉条纹的空间频率ν在600~1000PL(对线)/mm,根据平面全息公式:

　　式中,θC是激光束照明的入射角,θ1是被测光栅成像光束主光线与被测光栅平面法线的夹角,υ为空间频率600~1000PL(对线)/mm,N是级次(非余弦光栅),聚光系统物方的半会聚角一般在35°左右。

　　我们按照现有的测量方法去测量计算机控制的点阵全息图的衍射效率,测量结果为30%以上,有的甚至接近40%。我们知道无散射损失位相型余弦光栅的理论最大衍射效率是33%,可以认为非负1级衍射光进入了会聚系统。