大口径全息记录干涉光场多维主动稳定控制方法与技术研究

大口径脉冲压缩光栅是实现超快超强脉冲激光的关键元件。在超大功率拍瓦量级激光装置中，对光栅的口径需求已达米级。随着光栅口径的增大，全息曝光时间将大大延长，在米级尺度范围内，全息记录干涉光场几十纳米运动变化的累积效应会严重影响全息光栅掩模的形貌。如何实现长时间全息记录过程中干涉光场的纳米级稳定成为米级口径光栅制造成败的关键。本项目提出了一种采用多维主动控制技术获得全息记录干涉光场相对稳定的方法，借助多个参考检测光栅，以共光路方式检测记录光场的实时变化，通过主动控制相应光学器件的运动补偿全息记录干涉光场的变化，实现干涉光场的相对稳定，从而为解决米级口径全息光栅记录的稳定性提供了新思路。相关研究成果将改变传统全息记录对全息平台稳定性的过份依赖，开拓出一条普适的新的主动式全息记录技术之路，引发全息光栅制造技术的新变革。

大口径脉冲压缩光栅是实现超快超强脉冲激光的关键元件。在超大功率拍瓦量级激光装置中，对光栅的口径需求已达米级。随着光栅口径的增大，全息曝光时间将大大延长，在米级尺度范围内，全息记录干涉光场几十纳米运动变化的累积效应会严重影响全息光栅掩模的形貌。如何实现长时间全息记录过程中干涉光场的纳米级稳定成为米级口径光栅制造成败的关键。本项目提出了一种采用多维主动控制技术获得全息记录干涉光场相对稳定的方法，借助两个参考检测光栅，以共光路方式检测记录光场的实时变化，通过主动控制相应光学器件的运动补偿全息记录干涉光场的变化，实现干涉光场的相对稳定，　解决米级口径全息光栅记录过程中干涉条件稳定性问题。研究内容包括：(1)研究全息台的固有振动 、记录光路光学部件振动，环境温度变化， 激光束角度漂移等对全息记录干涉条纹稳定性影响，（2）研究全息记录光场稳定性判断标准。从理论上分析光场的稳定性对记录光栅曝光的影响， 寻找干涉条纹稳定性与光栅曝光情况之间的对应关系，并建立干涉条纹稳定性 ＲＭＳ作为评价全息记录系统稳定性的方法，为大口径全息光栅的全息记录工艺参数的确立提供依据。3）开展了光刻胶光栅全息记录特性研究，提出了全息动态感光模型，给出模型的相关计算公式。通过实验和实例计算验证采用动态感光模型可以准确获得经曝光和显影后全息光栅的微结构。4）全息记录光场的控制研究。给出多维稳定性控制技术获得全息记录干涉光场相对稳定的方法和实施方案，并成功研制了全息多维稳定性控制系统。利用该系统实现对全息干涉光场的相位，周期，倾斜的稳定控制。5）开展全息系统多维稳定系统实验，验证多维干涉光场稳定控制系统的对干涉光场的控制情况，通过进行长时间的干涉曝光，检测记录光场干涉条纹的稳定性，对光刻胶光栅掩模一致性进行了检测。研制的全息多维稳定系统可以使得条纹的稳定性 ＲＭＳ控制在1/60条纹以内，大大提高了大口径光栅掩模的制作精度。6) 在拼接曝光制作脉冲压缩光栅全息掩模的技术研究中，采用多维条纹稳定控制系统，成功研制了口径820mmx370mm国内最大的镀金脉冲压缩光栅。本项目研究工作解决了长时间曝光下全息记录光场的稳定性控制问题，为制造米级口径的全息光栅奠定必要的理论和实验基础。