Устройство для изготовления периодических структур

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИХ СТРУКТУР(71) Заявитель Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(73) Патентообладатель Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для изготовления периодических структур, содержащее оптически связанные лазерный источник когерентного излучения, телескопический расширитель пучка, два плоских зеркала и подвижный регистрирующий материал с направлением перемещения перпендикулярно штрихам, записываемым периодической структурой, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено на входе телескопического расширителя пучка последовательно оптически связанными поляризационным модулятором, фазовым элементом /4, на выходе телескопического расширителя поляризационным светоделителем, частотосдвигающим модулятором и анализатором поляризации, оптически связанными через одно из зеркал с одним из выходов поляризационного светоделителя и регистрирующим материалом, причем оси анизотропии поляризационного модулятора, фазового элемента /4 и частотосдвигающего модулятора ориентированы под углом 45 по отношению к плоскости поляризации исходного лазерного излучения и главным плоскостям поляризационного светоделителя и анализатора поляризации, повернутого на угол 90 относительно поляризационного светоделителя.(56)968778, 1982. Миллер М. Улучшение однородности дифракционной эффективности в пределах поверхности голографической решетки // ОМП. - 1981. -8. - С. 47-49.1181413 , 1999.0017371 1, 1980. Изобретение относится к области лазерной техники и может найти применение, например, при создании крупноформатных ослабителей излучения дифракционного типа, а также в оптическом приборостроении для изготовления измерительных шкал и дифракционных решеток. Известно устройство записи дифракционных структур 1, которое представляет собой интерферометр,состоящий из светоделителя, двух плоских зеркал и регистрирующей среды. Запись дифракционных структур в таком устройстве осуществляется путем последовательного экспонирования регистрирующего материала узкими пучками лазерного излучения. Недостатки такого устройства связаны, во-первых, с имеющим место изменением величины разности длин оптического пути интерферирующих пучков, что накладывает ограничение на размер записываемых структур, который зависит от длины когерентности используемого лазера, во-вторых, с ограниченными функциональными возможностями вследствие отсутствия элементов, позволяющих осуществлять изменение соотношения интенсивностей интерферирующих пучков в процессе записи. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство регистрации периодических структур 2, содержащее источник когерентного излучения, освещающий эталонную дифракционную структуру, систему плоских зеркал, направляющих требуемые порядки дифрагированных световых пучков на носитель, механически жестко связанный с эталонной структурой. При движении эталонной структуры оптические частоты интерферирующих пучков сдвигаются пропорционально скорости движения носителя. Возникающая при этом бегущая интерференционная картина остается неподвижной относительно движущегося носителя, формируя структуру требуемого периода, зависящего от используемых в процессе ее получения интерференционных порядков. Недостатками такого устройства являются, во-первых, невозможность регистрирования периодических структур, размеры которых превышают размеры эталонной структуры, во-вторых, ограниченные функциональные возможности вследствие отсутствия элементов, позволяющих осуществлять изменение соотношения интенсивностей интерферирующих пучков в процессе записи, в-третьих, низкий оптический к.п.д., так как для записи структуры используются световые пучки только отдельных дифракционных порядков, симметричных относительно нулевого порядка дифракции. Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, а именно увеличение размера записываемых периодических структур, предназначенных для различных целей и носителей. Поставленная техническая задача решается тем, что устройство для изготовления периодических структур, содержащее оптически связанные лазерный источник когерентного излучения, телескопический расширитель пучка, два плоских зеркала и подвижный регистрирующий материал с направлением перемещения перпендикулярно штрихам, записываемым периодической структурой, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено на входе телескопического расширителя пучка последовательно оптически связанными поляризационным модулятором, фазовым элементом /4, на выходе телескопического расширителя поляризационным светоделителем, частотосдвигающим модулятором и анализатором поляризации, оптически связанными через одно из зеркал с одним из выходов поляризационного светоделителя и регистрирующим материалом, причем оси анизотропии поляризационного модулятора, фазового элемента /4 и частотосдвигающего модулятора ориентированы под углом 45 по отношению к плоскости поляризации исходного лазерного излучения и главным плоскостям поляризационного светоделителя и анализатора поляризации,повернутого на угол 90 относительно поляризационного светоделителя. Сущность построения предлагаемого устройства для изготовления периодических структур заключается в оригинальном решении вопроса согласования интенсивностей интерферирующих световых пучков в совокупности с разделением светового пучка на опорный и сигнальный каналы и созданием нестационарного интерференционного поля, скорость перемещения которого согласована со скоростью движения регистрирующего материала за счет поляризационной модуляции исходного лазерного светового пучка и сдвига частоты света сигнального канала при помощи электрооптики. 2 4772 1 Сущность изобретения поясняется на фигуре, где 1 - лазер 2 - поляризационный модулятор 3 - фазовый элемент /4 4 - телескопический расширитель пучка 5 - поляризационный светоделитель 6 - сигнальный канал 7 - опорный канал 8, 9 - плоские зеркала 10 - частотосдвигающий модулятор 11 - анализатор поляризации 12 - регистрирующий материал. Устройство содержит оптически связанные лазерный источник когерентного излучения 1, телескопический расширитель пучка 4, два плоских зеркала 8, 9 и подвижный регистрирующий материал 12 с направлением перемещения перпендикулярно штрихам, записываемым периодической структурой, на входе телескопического расширителя пучка снабжено последовательно оптически связанными поляризационным модулятором 2, фазовым элементом /4 3, на выходе телескопического расширителя поляризационным светоделителем 5, частотосдвигающим модулятором 10 и анализатором поляризации И, оптически связанными через зеркало 9 с одним из выходов поляризационного светоделителя 5 и регистрирующим материалом 12,причем оси анизотропии поляризационного модулятора, фазового элемента /4 3 и частотосдвигающего модулятора 10 ориентированы под углом 45 по отношению к плоскости поляризации исходного лазерного излучения и главным плоскостям поляризационного светоделителя 5 и анализатора поляризации 11,повернутого на угол 90 относительно поляризационного светоделителя 5. Поляризационный модулятор 2 выполнен из кристаллана основе продольного электрооптического эффекта. Фазовый элемент /4 3 выполнен в виде плоскопараллельной пластинки из кристаллического кварца. Телескопический расширитель пучка 4 выполнен в виде телескопической системы Кеплера из положительных линз. Поляризационный светоделитель 5 выполнен в виде призмы Глана из исландского шпата. Плоские зеркала 8, 9 выполнены в виде плоскопараллельных пластин с глухим отражающим покрытием. Частотосдвигающий модулятор 10 выполнен в виде двух электрооптических кристалловна основе продольного электрооптического эффекта, между которыми помещена фазовая пластинка /4 из кристаллического кварца. Анализатор поляризации 11 выполнен в виде призмы Глана из исландского шпата. Регистрирующий материал 12 выполнен в виде бихромированной желатины, нанесенной на стеклянную подложку. Устройство для изготовления периодических структур работает следующим образом. В исходном состоянии, при отсутствии управляющих электрических сигналов, плоскополяризованный лазерный световой пучок с частотой оптического излучения 1 проходит поляризационный модулятор 2, фазовый элемент /4 3,где он приобретает круговую поляризацию. Далее он расширяется телескопическим расширителем пучка 4 и поступает на вход поляризационного светоделителя 5, при помощи которого образуются сигнальный 6 и опорный 7 каналы. В этих каналах поляризации световых пучков ортогональны (в опорном канале перпендикулярно плоскости фигуры, а в сигнальном - в плоскости). С помощью плоских зеркал 8, 9 опорный и сигнальный пучки направляются на регистрирующий материал 12. При этом сигнальный световой пучок проходит через частотосдвигающий модулятор 10 и анализатор поляризации 11. При отсутствии управляющих сигналов на поляризационном модуляторе 2 и частотосдвигающем модуляторе 10 на регистрирующем материале образуется стационарная интерференционная картина, период которой определяется по формуле, 22 где- длина волны излучения лазера- угол между сигнальным и опорным пучками. При подаче соответствующего управляющего напряжения на частотосдвигающий модулятор 10 оптическое излучение на выходе модулятора имеет частоту, равную 21, где- частота управляющего электрического сигнала. На выходе анализатора поляризации 11 световой пучок с частотой 2 обладает плоскостью 3 4772 1 поляризации, параллельной опорному. В результате имеющего место оптического сдвига частоты в сигнальном световом пучке при интерференции его с опорным пучком в плоскости регистрирующего материала 12 возникает бегущая интерференционная картина со скоростью перемещения плоскостей пучностей, определяемой по формуле(1 ) .2 2 При равенстве скоростей движения интерференционных полос и регистрирующего материала по всей длине последнего образуется периодическая структура с периодоми высотой штрихов, равной диаметру светового пучка на выходе телескопического расширителя пучка 4. Требуемый контраст формируемых периодических структур устанавливается путем подачи соответствующего управляющего напряжения на поляризационный модулятор 2, что приводит к изменению интенсивностей интерферирующих световых пучков. Источники информации 1. Миллер М. Улучшение однородности дифракционной эффективности в пределах поверхности голографической решетки // ОМП. - 1981. -8. - С. 47-49. 2. А.с. СССР 968778, 1982. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 4