一种球面波曝光干涉场在线调控系统及调控方法

本技术涉及全息光栅制造，特别涉及一种球面波曝光干涉场在线调控系统及调控方法。

背景技术：

1、全息消像差光栅具有色散和汇聚的特性，在减少光谱仪系统中元件数量、提高仪器信噪比和能量利用率等方面有着显著的优势。随着同步辐射、深空探测等领域的深入研究，光谱仪器向高精度、高分辨率、小型化的方向发展，消像差光栅像差校正能力的优势越来越突出。全息消像差光栅的制作过程是利用两束相干的球面激光光束在涂有光敏材料的基底表面叠加形成干涉场，两光束入射角随基底表面位置变化，产生周期在子午和弧矢两个维度随特定规律变化的干涉条纹，并通过曝光和显影等步骤，将干涉条纹的分布转化为光栅刻线的密度分布。球面光束的空间位置决定干涉场分布，直接影响光栅的刻线密度分布，从而影响消像差光栅的像差校正能力。但是消像差光栅曝光干涉场的调控过程中两光束空间位置的误差会导致像差校正能力降低，导致消像差光栅的制造和应用受到制约。

2、传统的非在线调控方法，通过对曝光干涉场制造的光栅刻线密度进行测量，根据测量结果重新修正曝光干涉场。然而这种方法存在极大的局限性。首先，目前刻线密度检测方法受到光栅刻槽的质量缺陷、位移台的运动误差、测量光路的对准误差等的限制，测量结果相对误差较大。其次，刻线密度分布的误差不能直接反映干涉场记录参数的误差，导致非在线方法的测量结果无法准确辅助干涉场调控过程，需要依赖装调人员的经验进行反复修正以完成调控。

3、目前的在线调控方法，利用基准光栅与曝光干涉场产生的moiré条纹来反演计算球面光束的空间位置信息，从而根据测量结果在线修正曝光干涉场。但该方法非常依赖采用的反演算法的计算效率和精度，目前已有的方法需要对离散的相位数据进行正交化计算，导致运算量较大，且其测量结果的相对误差较大，不足以满足消像差光栅曝光干涉场调控对精度和效率日益增长的需求。这些问题导致曝光干涉场的高精度和高效调控难以实现。

技术实现思路

1、鉴于此，有必要针对当前的消像差光栅曝光干涉场调控精度和效率相对较低的缺陷提供一种有效提升测量精度和效率的球面波曝光干涉场在线调控系统及调控方法。

2、为解决上述问题，本技术采用下述技术方案：

3、本技术目的之一，提供了一种球面波曝光干涉场在线调控系统，包括激光器(1)、分束光栅(2)、第一反射镜(3)、第二反射镜(4)、第三反射镜(5)、第四反射镜(6)、第一光束位置探测器(713)、第一空间滤波器(714)、第二光束位置探测器(723)、第二空间滤波器(724)、基准光栅(8)、ccd相机(9)及控制器(10)；

4、所述激光器(1)出射的入射光经过所述分束光栅(2)得到第一衍射光及第二衍射光；

5、所述第一衍射光依次经过所述第一反射镜(3)、所述第三反射镜(5)后依次进入所述第一光束位置探测器(713)及所述第一空间滤波器(714)；

6、所述第二衍射光依次经过所述第二反射镜(4)、所述第四反射镜(6)后依次所述第二光束位置探测器(723)及所述第二空间滤波器(724)；

7、分别入射到所述第一空间滤波器(714)和所述第二空间滤波器(724)的两衍射光光束并被扩束为球面波，两束球面波在所述基准光栅(8)表面形成moiré条纹；

8、微调所述分束光栅(2)的位置，从而改变两衍射光束的相位以实现相移；

9、所述ccd相机(9)拍摄相移得到moiré条纹图像；

10、所述控制器(10)可根据所述ccd相机(9)拍摄相移得到的moiré条纹图像，并利用相移算法从所述moiré条纹图像中提取moiré条纹相位分布，根据提取的相位信息拟合出刻线分布函数系数；粗略测量记录参数的值作为初值，并利用重建算法进行局部寻优以得到记录参数实际值；根据测量得到的记录参数实际值，通过自动校准所述第一空间滤波器(714)和所述第二空间滤波器(724)的空间位置；经过多次测量及校准使记录参数测量结果接近目标值，实现曝光干涉场在线调控。

11、在其中一些实施例中，还包括旋转模块(7)，所述旋转模块(7)包括第一旋转臂(71)、第二旋转臂(72)及转台(73)，所述第一旋转臂(71)及所述第二旋转臂(72)能够以所述转台(73)为中心旋转，所述第一旋转臂(71)上安装有第一直线导轨(711)和第一滑块(712)，所述第一滑块(712)能够沿所述第一直线导轨(711)滑动，所述第一滑块(712)上还安装有所述第一光束位置探测器(713)和所述第一空间滤波器(714)，所述第二旋转臂(72)上安装有第二直线导轨(721)和第二滑块(722)，所述第二滑块(722)能够沿所述第二直线导轨(721)滑动，所述第二滑块(722)上还安装有所述第二光束位置探测器(723)和所述第二空间滤波器(724)。

12、在其中一些实施例中，所述第一光束位置探测器(713)由第一分束棱镜及第一位置敏感探测器组成，所述第一空间滤波器(714)由第一物镜和第一针孔组成；所述第二光束位置探测器(723)由第二分束棱镜及第二位置敏感探测器组成，所述第二空间滤波器(724)由第二物镜和第二针孔组成。

13、在其中一些实施例中，所述第一衍射光依次经过所述第一反射镜(3)、所述第三反射镜(5)后入射进入所述第一分束棱镜，其中一部分光束经所述第一分束棱镜入射到所述第一位置敏感探测器中，另一部分光束透射通过所述第一分束棱镜再经所述第一物镜后由所述第一针孔垂直入射到所述基准光栅并经所述基准光栅反射后被所述第一分束棱镜反射到所述第一位置敏感探测器中；

14、所述第二衍射光依次经过所述第二反射镜(4)、所述第四反射镜(6)后入射进入所述二分束棱镜，其中一部分光束经所述第二分束棱镜入射到所述第二位置敏感探测器中，另一部分光束透射通过所述第二分束棱镜再经所述第二物镜后由所述第二针孔垂直入射到所述基准光栅并经所述基准光栅反射后被所述第二分束棱镜反射到所述第二位置敏感探测器中。

15、在其中一些实施例中，所述分束光栅(2)可通过压电促动器微调以实现位置的改变。

16、本技术目的之二，还提供了一种所述的球面波曝光干涉场在线调控系统的在线调控方法，包括下述步骤：

17、所述激光器(1)出射的入射光经过所述分束光栅(2)得到第一衍射光及第二衍射光；

18、所述第一衍射光依次经过所述第一反射镜(3)、所述第三反射镜(5)后依次进入所述第一光束位置探测器(713)及所述第一空间滤波器(714)；

19、所述第二衍射光依次经过所述第二反射镜(4)、所述第四反射镜(6)后依次所述第二光束位置探测器(723)及所述第二空间滤波器(724)；

20、分别入射到所述第一空间滤波器(714)和所述第二空间滤波器(724)的两衍射光光束并被扩束为球面波，两束球面波在所述基准光栅(8)表面形成moiré条纹；

21、通过微调所述分束光栅(2)的位置，从而改变两衍射光束的相位以实现相移；

22、所述ccd相机(9)拍摄相移得到moiré条纹图像；

23、所述控制器(10)可根据所述ccd相机(9)拍摄相移得到的moiré条纹图像，并利用相移算法从所述moiré条纹图像中提取moiré条纹相位分布，根据提取的相位信息拟合出刻线分布函数系数；粗略测量记录参数的值作为初值，并利用重建算法进行局部寻优以得到记录参数实际值；根据测量得到的记录参数实际值，通过自动校准所述第一空间滤波器(714)和所述第二空间滤波器(724)的空间位置；经过多次测量及校准使记录参数测量结果接近目标值，实现曝光干涉场在线调控。

24、本技术采用上述技术方案，其有益效果如下：

25、本技术提供的球面波曝光干涉场在线调控系统及调控方法，入射光经过分束光栅，得到两束衍射光，两束衍射光分别经过两个反射镜后入射到空间滤波器并被扩束为球面波，两束球面波在平面等间距基准光栅表面形成moiré条纹。通过压电促动器微调分束光栅位置，从而改变两衍射光束的相位以实现相移。使用ccd相机拍摄相移得到的moiré条纹图像，并利用相移算法从图像中提取moiré条纹相位分布，根据提取的相位信息拟合出刻线分布函数系数。粗略测量记录参数的值作为初值，并利用重建算法进行局部寻优以得到记录参数实际值。根据测量得到的记录参数实际值，通过自动校准所述第一空间滤波器和所述第二空间滤波器的空间位置。经过多次测量及校准使记录参数测量结果接近目标值，实现曝光干涉场在线调控，提高了记录参数的测量精度和效率，并且辅助球面波曝光干涉场的在线调控，实现球面波曝光干涉场的自动化在线调控，从而大大缩短消像差光栅的制作周期及降低制作成本。