变频率光栅应变花的制作方法技术

一种光学技术领域的变频率光栅应变花的制作方法。本发明专利技术根据光栅应变花的三个方向上频率和所使用激光的波长，计算出三个相应的角度；从激光器发射的一束激光通过扩束镜、准直镜和六块反射镜分为六束三对相干光，在它们传播路径上等距离各安放一个反射镜，使六束光交汇于工作台的中心，选用扩束镜、空间滤波器和准直镜，以得到均匀的平面波前；确定三个方向上频率制作全息光栅的最佳曝光时间；分别按照三个方向频率对应的角度布置光路，把全息干版安装在工作台上，对全息干版进行曝光后，进行经显影、定影得到三个方向频率不同的光栅应变花。本发明专利技术可制作三个方向不同频率的全息光栅，方法简单、易行，且可获得各个方向上光栅的衍射强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光学
的方法，具体是一种在各个方向上频率不同的光栅应变花的制作方法。
技术介绍
衍射光栅主要有两大类刻划光栅和全息光栅，刻划光栅可以做成平面和内凹形状，对特定的光波具有较高的衍射效率。全息光栅一般是用光学方法制作的，它的衍射波具有很好的偏振态和非常好的波前。光栅的频率决定了它的测试分辨率。分辨率与测量范围通常是矛盾的，对光栅而言频率越高，分辨率越高，但测量范围越小；频率越低，分辨率越低，但测量范围越大。对于各个方向上频率相同的光栅，当把它应用在云纹干涉中时，可以测试得到对应的分辨率和测量范围相同的位移场。应用各个方向上频率不同的光栅进行测量时，则可以得到分辨率和测量范围不同的位移场。这意味着可以通过改变不同方向上光栅的频率，改变对应方向上的分辨率和测量范围，以解决不同方向上对分辨率和测量范围的不同要求。例如在测试功能梯度材料、复合材料界面以及裂纹端部的位移场时，各个方向上的变化范围差异很大，对测量范围和分辨率有着不同的要求。经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号为200510029491.3，名称为“光栅应变花的方法”，提供一种光栅应变花的制作方法，使其可以制作平面内任意单方向、两个方向和三个方向频率相同的光栅。三个方向上光栅的频率是严格一致，而无法实现各个方向频率不同光栅的制作。也就不适合在不同方向上有测试灵敏度和测量范围要求的情况。
技术实现思路
本专利技术针对目前多方向光栅都是相同频率的不足和缺陷，提供一种，使其可以制作平面内任意单方向、两个方向和三个方向的不同频率的光栅。本专利技术是通过以下技术方案实现的，具体步骤如下(1)根据所要制作光栅应变花的三个方向上频率2f1，2f2，2f3，首先制作三块频率分别f1，f2，f3的单方向光栅。按照公式fi=2sinΦiλ]]>计算出三个相应的角度Φ1，Φ2，Φ3(产生干涉时两个光束中心线夹角的一半)；从激光器发射的一束激光通过分光镜分为两束；这两束相干光成一定夹角向外传播。在它们传播路径上等距离各安放一个反射镜；在两束光夹角的角平分线上安装可旋转工作台，并调节反射镜，使两束光交汇于可旋转工作台的中心。选用两个扩束镜、两个空间滤波器和两个准直镜，以得到均匀的平面波前。(2)按照所需要制作光栅第一个方向频率f1对应的角度Φ1，布置光路，把全息干版安装在可旋转工作台上。根据所选全息干版的特性，初步选定一系列曝光时间对同一块全息干版进行曝光，并对这些不同曝光时间的干版进行显影、定影、漂白处理，然后得到该光栅上不同曝光时间的各个区域上的零级和一级衍射强度，最终确定该实验条件下制作全息光栅的最佳曝光时间topt1。分别按照第二、第三块光栅的频率所对应的角度布置光路，重复以上过程，分别确定该频率下的最佳曝光时间topt2，topt3。(3)在以上的条件下，按照所需要制作光栅第一个方向频率f1对应的角度Φ1布置光路，把全息干版安装在可旋转工作台上，打开快门，对全息干版进行曝光后，曝光时间控制为topt1；然后进行经显影、定影和漂白处理后就可得到频率为f1的透射光栅，即光栅应变花。按同样的方法再制作频率分别为f2，f3的光栅。(4)由激光器发出的激光经扩束、滤波后入射到准直镜上，通过六块固定的全反镜获得六束三对相干光，每对光依次成45°布置，并通过另外六块可移动的全反镜把它们汇聚在工作台的中心。(5)移去扩束镜、滤波器，把频率f1的单方向光栅安装在工作台上，让激光垂直照射到光栅表面，移动可移动的全反镜，使得+1、-1级衍射光照射在可移动全反镜的中心，并固定全反镜。同样方法分别把频率为f2，f3的光栅安装在同一工作台上，保持三块光栅的夹角分别为45°，重复上述步骤。(6)安装扩束镜、滤波器和快门，并在工作台上安放全息干版，按照预先确定三个方向上的最佳曝光时间分别控制快门对全息干版曝光。(7)取下全息干版，进行显影、定影处理后就可得到三个方向频率不同的光栅应变花。对本专利技术所得的三个方向频率不同的光栅应变花再进行漂白处理，就得到三个方向空间频率分别为2f1，2f2，2f3的透射全息光栅应变花。本专利技术可以制作平面内任意单方向、两个方向和三个方向的不同频率的光栅，每个方向上光栅的频率从50~2000线/mm，频率比可以从1∶1到1∶10之间，并且是无级可调，在云纹干涉技术中有着非常广泛的用途。附图说明图1为单方向光栅制作原理2为本专利技术方法原理图其中，(a)为光路图；(b)为三方向光栅的夹角和可移动全反镜的位置。具体实施例方式如图1所示，附图1中各个器件描述如下激光器波长633×10-9m，功率40mW，是相干光源；快门控制曝光时间；分光镜把激光器发出的激光分为强度相等的两束光；反射镜M1、M2改变光的传播方向；扩束镜40×，把点光源的激光扩大，成为球面波传播；空间滤波器15μm，过滤掉经过扩束后的激光存在的噪声；准直镜直径200mm，相位差小于 把扩束镜出来的球面波进行准直，以得到均匀的平面波前；全息干板纪录干涉条纹；工作台固定全息干板，改变全息干板曝光的方向。制作单方向光栅可以采取以下步骤 ①按照所需要制作光栅第一个方向频率f对应的角度Φ，布置光路，把全息干版安装在可旋转工作台上。根据所选全息干版的特性，初步选定一系列曝光时间对同一块全息干版进行曝光，并对这些不同曝光时间的干版进行显影、定影、漂白处理，然后得到该光栅上不同曝光时间的各个区域上的零级和一级衍射强度，最终确定该实验条件下制作全息光栅的最佳曝光时间topt。②在以上的条件下，按照所需要制作光栅第一个方向频率f对应的角度Φ布置光路，把全息干版安装在可旋转工作台上，打开快门，对全息干版进行曝光后，曝光时间控制为topt；然后进行经显影、定影和漂白处理后就可得到频率为f的透射光栅。在光栅应变花上镀一层均匀的反射膜，则得到反射全息光栅。如图2所示，为本专利技术原理图，附图中各个器件描述如下激光器1波长633×10-9m，功率40mW，是相干光源；扩束镜、空间滤波器240×，把点光源的激光扩大，成为球面波传播；空间滤波器(15μm)，过滤掉经过扩束后的激光存在的噪声；准直镜3直径Φ＝200mm，相位差小于 扩束后的发散光变成平行等直径的平面波前光；全反镜4、5，4′、5′，4″、5″面积均为50×35mm2，它们把原来的一束准直平行光分成六束方向不同的准直平行光；全反镜6、7，6′、7′，6″、7″面积均为50×35mm2，分别接收来自4、5，4′、5′，4″、5″的平行光，并根据需要改变它们的传播方向；快门8、8′、8″分别控制三个方向上的曝光时间；工作台9用于安装光栅和全息干版。结合图2中的部件，以制作0°、45°和90°的三个方向上频率分别为1000、500和200线/mm的光栅应变花为例，本专利技术制作过程如下①首先制作三块频率分别为500、250和100线/m的单方向光栅，所使用激光的波长λ＝633×10-9m。按照公式f=2sinΦλ]]>计算出相应的角度Φ＝9.11°、4.54°和1.81°。从激光器发射的一束激光通过分光镜0分为两束A、B；这两束相干光成120°的夹角向外传播。在它们传播路径上距离分光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变频率光栅应变花的制作方法，其特征在于，具体步骤如下：（１）根据所要制作光栅应变花的三个方向上频率２ｆ↓［１］，２ｆ↓［２］，２ｆ↓［３］，首先制作三块频率分别ｆ↓［１］，ｆ↓［２］，ｆ↓［３］的单方向光栅，计算出三个相应的角度 Φ↓［１］，Φ↓［２］，Φ↓［３］；从激光器发射的一束激光通过分光镜分为两束，这两束相干光成夹角向外传播，在它们传播路径上等距离各安放一个反射镜，在两束光夹角的角平分线上安装可旋转工作台，并调节反射镜，使两束光交汇于可旋转工作台的中心，选用两个扩束镜、两个空间滤波器和两个准直镜，以得到均匀的平面波前；（２）根据所选全息干版的特性，确定三个方向频率ｆ↓［１］，ｆ↓［２］，ｆ↓［３］制作全息光栅的最佳曝光时间ｔ↓［ｏｐｔ１］、ｔ↓［ｏｐｔ２］，ｔ↓［ｏｐｔ３］；（ ３）在以上条件下，制作频率分别为ｆ↓［１］、ｆ↓［２］，ｆ↓［３］的透射全息光栅应变花，再在光栅应变花上镀一层均匀的反射膜，则得到反射全息光栅；（４）激光经扩束、滤波后入射到准直镜上，通过六块固定的全反镜获得六束三对相干光，每对光依 次成４５°布置，并通过另外六块可移动的全反镜把它们汇聚在工作台的中心；（５）移去扩束镜、滤波器，把频率ｆ↓［１］的单方向光栅安装在工作台上，让激光垂直照射到光栅表面，移动可移动的全反镜，使得＋１、－１级衍射光照射在可移动全反镜的中心 ，并固定全反镜；同样方法分别把频率为ｆ↓［２］，ｆ↓［３］的光栅安装在同一工作台上，保持三块光栅的夹角分别为４５°，重复上述步骤；（６）安装扩束镜、滤波器和快门，并在工作台上安放全息干版，按照预先确定三个方向上的最佳曝光时间分别控制 快门对全息干版曝光；（７）取下全息干版，进行显影、定影，得到三个方向频率不同的光栅应变花。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈巨兵，林卓英，俞忠，陈玉坤，汪恒挥，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]