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偏振光直写各向异性光栅的原理与实验研究

段世媛  
【摘要】:衍射光栅是一类重要的光学元件,在科研与生产中均有广泛应用。随着对衍射光栅性能要求的不断提高,衍射光栅的制造技术也得到了快速的发展。目前比较常见的有刻划方法、全息方法、直写方法、掩模方法等。 本文基于衍射光栅的制作原理的研究和各类激光直写设备的分析,提出了偏振直写系统的新概念。该系统不仅继承了单光束直角坐标激光直写系统的优点,还融入了偏振调制技术与圆对称偏振光生成技术,可用于对偏振光敏感的材料的加工,从而得到各向异性的光栅。具体地说,本系统基于合理的硬件结构,由软件控制曝光过程中包括激光器、电光调制器、运动单元在内的各组件的协同工作,来实现各向异性光栅、精密图形等的制作。 本论文主要讨论了偏振直写系统在衍射光栅、精密图形这两个应用中的实现方案和制作工艺。一是采用发光点逐点光刻的方法,根据直写深度(或高度)与曝光量(包括光功率、曝光时间)的对应关系,实现了表面起伏的衍射光栅。二是由电光调制器获得不同偏振态的写入光,根据偶氮分子取向与激光偏振状态的对应关系,采用逐点光刻方式,实现了各向异性衍射光栅。三是基于控制软件输入图形,采用组合调制激光强度与偏振状态的方式控制曝光,实现了图形加工。 文中使用的超分子双偶氮聚合物的结构具有优良的光化学特性。其具有高的双折射率,在不同激光强度和偏振特性的状态组合数下能呈现不同的异构状态,因而可记录较多的写入光的状态。截至目前,样品存储12个月,无信息丢失或改变。可以说,此类聚合物可实现高密度、高稳定性的信息存储,是一种理想的光信息存储介质。 偏振直写系统在制作各向异性光栅方面的具有较大的优越性,它是一种有前途的微加工方法。随着系统功能的完善与材料特性的提升,有望制造出更好的各向异性光栅及其它衍射光学器件。


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