一种体全息片及制备方法以及在瞄准装置的用途
阅读说明：本技术 一种体全息片及制备方法以及在瞄准装置的用途 (Volume hologram, preparation method and application in aiming device ) 是由 朱兵兵 董英琴 于 2021-07-27 设计创作，主要内容包括：本发明主要涉及一种体全息片及制备方法以及在瞄准装置的用途,利用光折变玻璃制备表面光滑的体全息片,因为光热折变玻璃材料具有极佳的温度稳定性、体全息片具有高数据冗余特性以及高角度选择性,可以很好地解决上述全息枪瞄重的工艺中成本高、清晰度不够、环境稳定性欠佳的问题。(The invention mainly relates to a volume hologram, a preparation method and application in a sighting device, and the volume hologram with a smooth surface is prepared by using photo-thermal conversion glass, because photo-thermal conversion glass material has excellent temperature stability, the volume hologram has high data redundancy characteristic and high angle selectivity, the problems of high cost, insufficient definition and poor environmental stability in the holographic gun sighting process can be well solved.)
技术领域
本发明涉及瞄准设备技术领域，具体涉及一种体全息片及制备方法以及在瞄准装置的用途。
背景技术
自1948年全息术被提出，这种特殊的波前记录和再现技术在各个领域迅速发光发热。全息瞄准镜是全息照相技术在兵器领域的应用之一，在众多瞄准产品中，全息瞄准镜算是比较年轻的一代产品，因其快速、高瞄准精度的特性已被多国部队列装，主要用于武警特警近距离作战，海上颠簸环境瞄准、空降过程对地射击等需要快速、高精度瞄准的情况。全息片作为面准镜中重要的元件之一，迄今为止科学人员也已经开发出多种材质的全息片，制备方法也多种多样。全息片具有以下特点：一是能贮存物体光波的全部信息，特性情形下能重现物体的立体像；二是全息片的每个部位都记录到物体形貌的全部信息，因此，即使全息片破碎，剩下一小片全息片仍能复原整个图像；三是同一全息片上可贮存许多波面，因此可以从不同角度复原图像。
全息技术主要分为两个步骤，即物体所发出的光学信息(振幅及相位)的记录和物体像的再现。在最传统的光学全息中，主要使用重铬酸盐明胶、卤化银等感光胶片记录干涉信息。激光器输出的细激光束经反射镜反射后被分束镜分成两束：反射的一束经反射镜再次反射并经扩束镜扩束后，照在全息干板上；透射的一束由反射镜反射折转，再经过扩束镜扩束后照明物体，经物体漫反射形成的物光束也到达全息干板上。如同之前的胶卷相机一样，记录之后还需要处理步骤(包括显影、定影、水洗、晾干等)，比较费时费力。近些年来，对全息材料的研究取得了一定的进展，例如光折变晶体、光致聚合物、光热导塑料等，这些材料不仅可以省去化学处理，并且存储容量和衍射效率较高，甚至有些材料可以重复擦写和记录。但是对于一些特殊的材料的制备成本过高，工艺过于复杂，一度出现瞄比枪贵的现象。
而在兵器应用领域，其对器件的热稳定性要求极高，要求其满足-40℃-65℃的温度使用范围，此外对于枪瞄中的全息片，要求其透光率高，生成的图像清晰度高，而目前市场常规全息枪瞄都具备透光率低、图像边缘不清晰、稳定性欠佳、成本过高的缺点。
专利CN 109307986 A中公开了一种全息干板结构包括感光乳胶层、底层、片基层及防光晕层，所述片基层为所述感光乳胶层的支撑体，所述感光乳胶层通过所述底层黏附在所述片基层上，所述防光晕层涂于所述片基层的背面，而乳胶类光学器件热稳定性不佳且及透光率低，会大大的影响全息图像的可视性。
专利CN 101533257A中公开了一种全息基板及全息基板的制造方法，其主要采用模压的方式将计算机生成的全息图案按压至可变形树脂全息材料上，该方法生成的全息基板表面具有凹凸结构，凹凸边缘的棱角会引起散射，由此会降低全息图像的可视性，并且对使用环境有较高的清洁度要求。
专利CN 104109217 B中公开了一种全息记录材料、全息记录底板及其应用。所述全息记录材料，按照质量比例包括6％～60％的硫化锌纳米粒子、0.2％～10％的光引发剂、以及余量的混合光聚合单体，所述硫化锌纳米粒子的平均粒径在1纳米至50纳米之间，众所周知纳米粒子的合成成本较高，并且存在后处理繁琐或分散性不好的问题。
为了解决上述问题，本申请人提出一种体全息片及制备方法。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种基于体全息片的制备方法，利用光折变玻璃制备表面光滑的体全息片，因为光热折变玻璃材料具有极佳的温度稳定性、体全息片具有高数据冗余特性以及高角度选择性，可以很好地解决上述全息枪瞄重的工艺中成本高、清晰度不够、环境稳定性欠佳的问题。
一种体全息片的制备方法，包括光热折变玻璃的制备以及体光栅的制备；
所述光热折变玻璃的制备包括以下步骤，
配料过程：将玻璃原料按特定配比称量、研磨并搅拌使其充分混合，所述玻璃原料及其配比为
SiO2，50～60％；
B2O3，2～6％；
Al2O3，5～12％；
Li2O6，20％；
ZrO2+TiO2，2～5％；
AgCl，0.001～0.5％；
Na2O+K2O，1～15％；
InF3，3～10％；
玻璃熔炼过程：将配料粉末分批次加入到石英坩埚中，使混合料融化成玻璃态熟料；
澄清及均化过程：将玻璃态熟料加入铂坩埚中搅拌以进行玻璃的澄清及均化；
退火过程为：将均化后的玻璃料浇筑到磨具中，放入摇摆炉中进行退火；
以AgCl为光敏剂，采用紫外光曝光，Ag+感光形成Ag原子，通过500～600℃热处理，Ag原子聚合成子晶核，诱导InF3初晶相的产生，从而再次诱导[Li2O·2SiO2]晶相的产生，使得曝光区域析出复合晶相，导致曝光区域折射率升高，而未曝光区域折射率不发生变化，从而使得曝光区域和非曝光区域产生折射率调制度，由此记录全息图案。
所述体光栅的制备：将制备好的光热折变玻璃切割打磨成体光栅所需厚度形成体全息记录玻璃片后进行体光栅的制备。
具体地，所述体光栅的制备为：采用第一体光栅制备装置进行制备，所述第一体光栅制备装置包括曝光光源、偏振分光棱镜、反射式空间光调制器、反射式空间光调制器的控制驱动系统、第一扩束准直装置、体全息记录片、全反射镜和第二扩束准直装置；
所述偏振分光棱镜将所述曝光光源发出的光分成两束偏振方向不同的P光和S光；P光透过偏振分光棱镜后再依次经过全反射镜、第二扩束准直装置到达体全息记录玻璃片上；S光经偏振分光棱镜反射至反射式空间光调制器，经调制后依次透过偏振分光棱镜及第一扩束准直装置到达体全息纪录玻璃片上，两相干光束产生干涉条纹被记录在体全息记录片上，然后将体全息记录玻璃片经过热处理得到所需体全息片，其中热处理的温度为500～600℃。
另外，所述体光栅的制备也可采用第二体光栅制备装置进行制备，所述第二体光栅制备装置包括曝光光源、偏振分光棱镜、透射式空间光调制器、透射式空间光调制器的控制驱动系统、第一扩束准直装置和体全息记录片；
所述偏振分光棱镜将曝光光源发出的光分成P光和S光，S光经偏振分光棱镜反射至透射式空间光调制器，经调整以提前计算并储存在控制驱动系统中的干涉图样出射，经第一扩束准直装置达到体全息记录片。
优选地，所述第二体光栅制备装置还包括吸光装置，P光经过偏振分光棱镜后被所述吸光装置吸收。
优选地，所述曝光光源为紫外激光光源。
本发明的第二个目的在于提供一种体全息片，所述体全息片采用上述制备方法制备而成。
本发明的第三个目的在于提供一种体全息片在瞄准装置上的应用，所述瞄准装置包括光源，第三扩束准直装置，反射棱镜，光栅和体全息片；
所述光源为可见光波段的半导体激光器；
所述第三扩束准直装置包括扩束透镜、准直透镜以及偏振片；
所述反射棱镜包括两个反射面；
所述体全息片为采用上述制备方法制备而成的体全息片；
所述光源发射光束依次经过第三扩束准直装置、反射棱镜、光栅，然后倾斜入射至体全息片的第一表面并从第二表面平行出射。
优选地，还包括吸光片，所述吸光片位于所述体全息片的上方，部分光线从全息片第一表面反射至吸光片，不至于光泄露。具体地，所述吸光片为具有光吸收特性的表面粗糙黑色物质。
进一步地，入射至所述体全息片的光线与所述体全息片的第一表面法线的夹角为20°～60°。
本发明一种体全息片及制备方法以及在瞄准装置的用途，与现有技术相比，还具有以下优点：
(1)采用玻璃材质制备衍射全息片，比起刻蚀或模压的方式，器件表面光滑，减少了边缘散射噪声，提高了图像清晰度；
(2)由于采用PRT玻璃材料，全息片的耐热抗震性能远远好于树脂、乳胶、聚合物等材料；
(3)采用空间光调制器生成物光或干涉图形，相比于传统掩膜版生成干涉图形更节约生产成本，体全息片相比于薄膜全息片也有利于多幅体全息记录。
附图说明
图1为实施例1中的一种瞄准装置的结构示意图；
图2为实施例1中可通过体全息片复原出的瞄准分划图形；
图3为实施例1中的第一体光栅制备装置的结构示意图；
图4为实施例2中的第二体光栅制备装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明做进一步说明。
实施例1
如图1所示，一种瞄准装置，所述瞄准装置包括光源1，第三扩束准直装置2，反射棱镜3，光栅4、体全息片5和吸光片6；所述光源1发射光束依次经过第三扩束准直装置2、反射棱镜3、光栅4，然后呈一倾斜角度入射至体全息片5的第一表面并从第二表面平行出射，于是人眼可透过体全息片5第二表面看到刻录在体全息片5中全息图的复原图7，此外，部分光线从体全息片5第一表面反射至吸光片6，不至于光泄露。
所述光源1为可见光波段为532nm的半导体激光器；
所述第三扩束准直装置2包括扩束透镜、准直透镜以及偏振片，具有扩束、准直及滤波作用；
所述反射棱镜3包括两个反射面；
所述吸光片6为具有很好光吸收特性的表面粗糙黑色物质，可以是塑料或喷漆金属；
所述入射至体全息片的光线与体全息片表面法线的夹角θ为35°。
一种体全息片的制备方式，所述制备方式主要包括两个步骤，光热折变玻璃(也被称为激光全息记录玻璃)的制备以及体光栅的制备。
其工作原理为：使用特定波长的光波在记录了物体干涉条纹的体全息片上进行衍射再现。
所述光热折变玻璃的制备又包括以下步骤：配料、玻璃熔炼、澄清均化、退火。
所述配料过程：将玻璃原料按特定比例称量、研磨并搅拌使其充分混合。本专利使用配料及配比为
SiO2，55％；
B2O3，4％；
Al2O3，5％；
Li2O6，20％；
ZrO2+TiO2，4％；
AgCl，0.5％；
Na2O+K2O，6.5％；
InF3，5％
所述玻璃熔炼过程：将配料粉末在一定温度下分批次加入到石英坩埚中，使混合料融化成玻璃态熟料。
所述澄清及均化过程：将玻璃态熟料加入具有特定尺寸及结构的铂坩埚中搅拌以进行玻璃的澄清及均化；
所述退火过程为：将均化后的玻璃料浇筑到磨具中，放入摇摆炉中在特定温度下退火。
将制备好的光热折变玻璃切割打磨成体光栅所需厚度形成体全息记录玻璃片就可以用来进行体光栅的制备。
本方案以AgCl为光敏剂，采用紫外光曝光，Ag+感光形成Ag原子，通过500～600℃热处理，Ag原子聚合成子晶核，诱导InF3初晶相的产生，从而再次诱导[Li2O·2SiO2]晶相的产生，使得曝光区域析出复合晶相，导致曝光区域折射率升高，而未曝光区域折射率不发生变化，从而使得曝光区域和非曝光区域产生折射率调制度，由此记录全息图案。
所述体光栅的一种制备方式如下：
如图3所示为第一体光栅制备装置的结构示意图，第一体光栅制备装置包括曝光光源9，偏振分光棱镜11，反射式空间光调制器10，空间光调制器的控制驱动系统8，第一扩束准直装置12，体全息记录片13，全反射镜14，第二扩束准直装置15；
其工作原理为：偏振分光棱镜11将曝光光源发出的紫外光分成两束偏振方向不同的光，即为P光和S光；P光透过偏振分光棱镜11依次经过全反射镜14、第二扩束准直装置15到达体全息记录片13上，S光经偏振分光棱镜11反射至反射式空间光调制器10，经调制以特定相位的图形的P光出射，经偏振分光棱镜11及第一扩束准直装置12到达体全息记录片13上，两相干光束产生干涉条纹被记录在体全息记录片上，然后将体全息记录片13经过热处理的到所需的体全息片。
所述曝光光源9为紫外激光光源(波长约为325nm)；
所述热处理温度500～600℃。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于制备体光栅的方式不同，
本实施例使用配料及配比为
SiO2，55％；
B2O3，5.8％；
Al2O3，3.2％；
Li2O6，20％；
ZrO2+TiO2，4％；
AgCl，0.5％；
Na2O+K2O，6％；
InF3，5.5％
玻璃的制备方式同实施例一；
如图4为第二体光栅制备装置的结构示意图，该结构中包含曝光光源9，偏振分光棱镜11，透射式空间光调制器18，透射式空间光调制器的控制驱动系统8，第一扩束准直装置12，体全息记录片13，吸光装置16；
其工作原理为：偏振分光棱镜11将曝光光源9发出的光分成P光和S光，S光经偏振分光棱镜11反射至透射式空间光调制器18，经调整以提前计算并储存在透射式空间光调制器的控制驱动系统17中的干涉图样出射，经第一扩束准直装置12达到体全息记录片13，P光经过偏振分光棱镜11后被吸光装置16吸收。
在本说明书的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利的技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本专利申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本说明书中的具体含义。
在本说明书中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
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