双闪耀光栅的计算机设计与制作方法

　　闪耀光栅可对某一波长的入射光在指定方向上产生闪耀，因而具有很高的衍射效率。用计算机设计制作闪耀光栅，具有制作简单、复制容易可大规模模压复制、成本低、适合多种用途等优点^[1·2〕。

　　全息双频光栅可产生两剪切光束，用它来构成全息杨氏干涉仪^[3]，可测量各类激光束的空间相干性^[4]，以及测量微小位移等^[5]。

　　本文提出的用计算机设计制作的双闪耀光栅，是在闪耀光栅和双频光栅基础上发妙起来的一种新型光学元件。该元件由两块微闪耀光栅列阵组成、兼有闪耀光栅和双频光栅的优良特性。用这种双闪耀光栅，不仅可以完全取代全息杨氏干涉仪和全息剪切干涉法测量光扬相干性实验中所使用的关键元件一全息双频光栅;而且在上述应用中，用双闪耀光栅比用全息双频光栅有两个明显的优点，一个是衍射效率高，两剪切干涉光束强度更大，可使光能量再增加几倍;另一个是可使光路共轴布置，形成对称光路，因此具有广泛的应用。

　　设计原理与模拟结果

　　我们提出的用计算机设计制作的双闪耀光栅，是由微闪耀光栅列阵组成的衍射光学元件，其光栅槽面设计成由两部分组成:第一部分的光栅槽面为锯齿形第二部分的光栅槽面为反锯齿形(如图1所示)。两部分沿光栅槽线方向的中心线对称。这样制得的光栅将对某一种指定波长产生对称双光束闪耀输出。即产生一对剪切相干光束。两束输出光之间的夹角可通过设计不同的光栅闪耀角或空间频率来控制和调整。

　　图1是我们设计的双闪耀光栅工作原理的示意图。对于这种结构的衍射光学元件，本文采用28672个样点数用计算机进行了模拟。模拟时考虑到理想情形下二元光学元件的衍射效率刀与台阶数L有如下关系^〔6-8〕。

　　由此进行计算可得到下表的数据。

　　表1二元光学元件的衍射效率从表1可知，当台阶数L大于或等于16时的二元槽形实际上与设计的连续槽形相差无几。因此模拟时选用的台阶数为16，每个台阶上的样点数为7，这时的双闪嫩光栅槽形如图2(图中只画了元件的中央部分)所示。图3是该双闪耀光栅输出面上的光强分布。这里只画了两束输出光附近的光强分布，它们实际上集中了98%以上的光能量。每一束输出光的光强分布如图4所示。

　　另一方面，考虑到记录底片上的曝光黑度与曝光量并非线性关系，而是对数关系^（9），其中D是光密度，即曝光并且显影了的银粒子的密度;E表示曝光量，它是入射光强度和曝光时间的乘积;称作胶片的反差，下标n表示是负片。因此，在用计算机设计时，应当对底片传递函数的影响加以修正，使最后得到满足设计要求的双闪耀槽型。