CN117192667A - 一种光栅、制作光栅的方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种光栅、制作光栅的方法及设备，该光栅包括固化胶体，该固化胶体中包括粒子聚集区和非粒子聚集区，该粒子聚集区和该非粒子聚集区是通过在胶体上间隔施加作用力形成的，即该胶体内的粒子在作用力的影响下向该作用力施加的区域移动，从而形成粒子聚集区，进而使得该粒子聚集区的折射率大于该非粒子聚集区的折射率。此外，由于粒子的选择范围较大，可以选择折射率更高的粒子参与光栅的制作，从而使得该粒子聚集区的折射率与该非粒子聚集区的折射率之间的差值更大，即形成的光栅折射率对比度更大。因此，通过本申请提供的制作光栅的方法及设备制作而成的光栅具有更高的光栅折射率对比度，更好的光学性能。
Description
技术领域
本申请涉及光学技术领域，更具体地，涉及一种光栅、制作光栅的方法及设备。
背景技术
光栅是一种应用非常广泛而重要的高分辨率的色散光学元件，在现代先学仪器中占有相当重要的地位。其中，体全息光栅具有衍射效率高、易于制造，易于消除鬼影等特点，是光栅的重要发展方向。
现有的体全息光栅一般使用全息光刻技术进行制造，但由于全息光刻材料的限制，通过全息光刻技术制作而成的光栅，光栅折射率对比度偏低，即光栅周期内不同区域的折射率差值偏低，从而约束了光栅获得更好的光学性能。
因此，如何提高光栅折射率对比度，提供具有更好的光学性能的光栅成为亟待解决的问题。
发明内容
本申请提供一种光栅、制作光栅的方法及设备，可以提高光栅折射率对比度，获得具有更好的光学性能的光栅。
第一方面，提供了一种制作光栅的方法，包括：在含粒子的胶体上间隔施加作用力，以使胶体内的粒子分区聚集；对胶体进行固化，形成预设周期的光栅，光栅的周期与作用力的间隔距离之间存在对应关系。
其中，作用力的间隔距离可以理解为施加作用力的间隔。通过在含粒子的胶体的不同位置施加作用力，可以形成不同周期的光栅。
可选地，施加作用力的间隔可以为1nm至10μm。
本申请提供的制作光栅的方法，通过在胶体上间隔施加作用力后对胶体进行固化即可完成光栅制作，制作方法简单，同时可以根据光栅的周期与作用力的间隔距离之间存在对应关系，通过设置作用力的间隔可以制作不同周期的光栅。此外，粒子的选择范围较大，可以选择折射率更高的粒子制作光栅，从而可以提高光栅折射率对比度，获得具有更好的光学性能的光栅。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，光栅包括粒子聚集区和非粒子聚集区，非粒子聚集区的粒子数少于粒子聚集区的粒子数。
应理解，光栅中的非粒子聚集区的粒子数少于粒子聚集区的粒子数，从而使得粒子聚集区的折射率大于非粒子聚集区的折射率，进而可以形成具有一定折射率对比度的光栅。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，粒子聚集区的折射率大于非粒子聚集区的折射率。
可以理解的是，光栅的折射率对比度为该粒子聚集区的折射率与该非粒子聚集区的折射率之间的差值。
通过本申请提供的制作光栅的方法制作而成的光栅，其包括粒子聚集区和非粒子聚集区，且粒子聚集区的折射率大于非粒子聚集区的折射率，可以通过选择折射率更高的粒子制作光栅，从而可以提高光栅折射率对比度，获得具有更好的光学性能的光栅。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，粒子聚集区的折射率与非粒子聚集区的折射率的差值大于或等于0.2。
通过本申请提供的制作光栅的方法制作而成的光栅相对于现有技术制作而成的光栅，粒子聚集区的折射率与非粒子聚集区的折射率的差值大于或等于0.2，即光栅折射率对比度大于或等于0.2，相对于现有技术可以进一步提高光栅折射率对比度。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，在在含粒子的胶体上间隔施加作用力之前，该方法还包括：将含粒子的胶体铺设于基体的第一表面。
本申请提供的制作光栅的方法，通过将含粒子的胶体铺设于基体的第一表面，可以使胶体表面更加平整，从而制作的光栅表面更加平滑。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该方法还包括：在所述含粒子的胶体远离所述第一表面的一侧设置盖板。
本申请提供的制作光栅的方法，通过在胶体的两侧设置基体或盖板，形成一种夹心的结构，从而使得在胶体上施加作用力时，可以避免对胶体产生污染。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，在含粒子的胶体上间隔施加作用力，以使胶体内的粒子分区聚集，包括：在含粒子的胶体的一侧间隔施加作用力，以使胶体内的粒子分区聚集；或者，在含粒子的胶体的两侧间隔施加作用力，以使胶体内的粒子分区聚集。
更为具体地，在本申请实施例中，可以在胶体远离基体的一侧间隔施加作用力，以使胶体内的粒子分区聚集；也可以在基体远离胶体的一侧间隔施加作用力，以使胶体内的粒子分区聚集；还可以在胶体远离基体的一侧和在基体远离胶体的一侧均间隔施加作用力，以使胶体内的粒子分区聚集。
本申请提供的制作光栅的方法，可以在胶体的一侧施加作用力，也可以在胶体的两侧施加作用力；当在胶体的一侧施加作用力时，胶体内的粒子可以分区聚集，并且可以形成一种渐变结构的光栅；当在胶体的两侧同时施加作用力时，胶体内的粒子可以形成均匀的光栅结构，从而可以根据实际需求使用不同的方式进行光栅的制作。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，粒子聚集区与作用力施加的区域相对应。
应理解，胶体具有一定的流动性，当在胶体上施加作用力时，胶体内的粒子可以向施加作用力的区域进行移动，即粒子聚集区与作用力施加的区域相对应。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，作用力为非接触感应力。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，非接触感应力为磁力，粒子为磁性粒子；或者，非接触感应力为静电力，粒子为带电粒子。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，对所述胶体进行固化，形成预设周期的光栅，包括：当作用力施加时间超过预设时间时，对胶体进行热固化或者光固化，形成预设周期的光栅，其中，胶体内的粒子在作用力施加时间内充分聚集。
其中，作用力的施加时间可以根据胶体内粒子聚集情况进行判断。一般情况下，该作用力的施加时间为1s至10s。
可以理解的是，当施加的作用力较大时，粒子聚集速度较快，作用力施加时间也就较短；当施加的作用力较小时，粒子聚集的速度较慢，作用力施加时间也就较长。
本申请提供的制作光栅的方法，当在胶体上施加作用力的时间超过一定时间时，可以判断为该胶体内的粒子在作用力施加时间内充分聚集，从而再对胶体进行固化(即热固化或光固化)，即可形成预设周期的光栅，该制作光栅的方法相对简单，便于操作。此外，通过选择不同折射率的粒子，可以制作具有不同折射率对比度的光栅。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该作用力为磁力时，磁力大小为0.001T至10T，T为磁力单位特斯拉。
应理解，该磁力大小可以根据实际情况进行确定，例如，该磁力的大小可以根据胶体的成分和粒子的成分等因素确定。
在一些实施例中，若粒子成分等其他因素相同时，当胶体的粘度越大，需要施加的磁力也就越大；当胶体的粘度越小，需要施加的磁力也就越小。
在一些实施例中，若胶体成分等其他因素相同时，当粒子对磁场感应越小，需要施加的磁力也就越大；当粒子对磁场感应越大，需要施加的磁力也就越小。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，胶体可以是具有热固化或光固化的材料，例如，聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚二甲基硅氧烷PDMS。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，上述粒子可以为以下任意一种：四氧化三铁Fe3O4、铁酸亚钴CoFe2O4，锰酸亚钴MnFe2O4，镍Ni。
在本申请提供的制作光栅的方法中，含粒子的胶体可以是通过对上述材质的胶体和粒子混合而成的，由于粒子(例如Fe3O4)可以受到磁力或静电力的影响，从而当在含粒子的胶体上施加磁力或静电力时，胶体中的粒子(例如Fe3O4)可以向施加磁力或静电力的方向移动，从而可以形成一定周期的光栅。
第二方面，提供了一种光栅，包括固化胶体，该固化胶体中包括粒子聚集区和非粒子聚集区，粒子聚集区和非粒子聚集区是通过在胶体上间隔施加作用力形成的，粒子聚集区与作用力施加的区域相对应。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该非粒子聚集区的粒子数少于该粒子聚集区的粒子数。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，粒子聚集区的折射率大于非粒子聚集区的折射率。
本申请提供的光栅包括固化胶体，该固化胶体中的非粒子聚集区的粒子数少于粒子聚集区的粒子数，从而使得粒子聚集区的折射率大于非粒子聚集区的折射率，进而可以形成具有一定折射率对比度的光栅。此外，由于粒子的选择范围较大，当选择折射率更高的粒子制作光栅时，粒子聚集区的折射率与该非粒子聚集区的折射率之间的差值更大，即形成的光栅折射率对比度更大。得到的光栅具有更好的光学性能。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，粒子聚集区的折射率与非粒子聚集区的折射率的差值大于或等于0.2。
应理解，光栅的折射率对比度为该粒子聚集区的折射率与该非粒子聚集区的折射率之间的差值。
本申请提供的光栅的折射率对比度能够达到0.2及以上，相对于现有技术制作的光栅，具有更好的光栅折射率对比度和光学性能。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，作用力为非接触感应力。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，非接触感应力为磁力，粒子为磁性粒子；或者，非接触感应力为静电力，粒子为带电粒子。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该作用力为磁力，该磁力大小为0.001T至10T，T为磁力单位特斯拉。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，胶体为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA和/或聚二甲基硅氧烷PDMS。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，粒子为以下任意一种：四氧化三铁Fe3O4、铁酸亚钴CoFe2O4，锰酸亚钴MnFe2O4，镍Ni。
应理解，本申请实施例制作而成的光栅可以应用于增强现实AR光波导中，可以应用于激光器中，还可以应用于汽车的抬头显示器HUD中。
第三方面，提供一种设备，该设备包括第二方面及其任意一种实现方式的光栅。
第四方面，提供了一种制作光栅的设备，包括：施力模块和固化模块，该施力模块，用于在含粒子的胶体上间隔施加作用力，以使胶体内的粒子分区聚集；该固化模块，用于对胶体进行固化，形成预设周期的光栅，光栅的周期与作用力的间隔距离之间存在对应关系。
结合第四方面，在第四方面的某些实现方式中，光栅包括粒子聚集区和非粒子聚集区，非粒子聚集区的粒子数少于粒子聚集区的粒子数。
结合第四方面，在第四方面的某些实现方式中，粒子聚集区的折射率大于非粒子聚集区的折射率。
结合第四方面，在第四方面的某些实现方式中，粒子聚集区的折射率与非粒子聚集区的折射率的差值大于或等于0.2。
结合第四方面，在第四方面的某些实现方式中，含粒子的胶体铺设于基体的第一表面。
结合第四方面，在第四方面的某些实现方式中，第一表面上设置有盖板，盖板与胶体接触并完全覆盖该胶体。
结合第四方面，在第四方面的某些实现方式中，施力模块还用于：在含粒子的胶体的一侧间隔施加作用力，以使胶体内的粒子分区聚集；或者，在含粒子的胶体的两侧间隔施加作用力，以使胶体内的粒子分区聚集。
结合第四方面，在第四方面的某些实现方式中，粒子聚集区与作用力施加的区域相对应。
结合第四方面，在第四方面的某些实现方式中，作用力为非接触感应力。
结合第四方面，在第四方面的某些实现方式中，非接触感应力为磁力，粒子为磁性粒子；或者，非接触感应力为静电力，粒子为带电粒子。
结合第四方面，在第四方面的某些实现方式中，固化模块还用于：当作用力施加时间超过预设时间时，对胶体进行热固化或者光固化，形成预设周期的光栅，其中，胶体内的粒子在作用力施加时间内充分聚集。
结合第四方面，在第四方面的某些实现方式中，该作用力为磁力，该磁力大小为0.001T至10T，T为磁力单位特斯拉。
结合第四方面，在第四方面的某些实现方式中，胶体为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA和/或聚二甲基硅氧烷PDMS。
结合第四方面，在第四方面的某些实现方式中，粒子为以下任意一种：四氧化三铁Fe3O4、铁酸亚钴CoFe2O4，锰酸亚钴MnFe2O4，镍Ni。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种制作光栅的方法示意性流程图。
图2是本申请实施例提供的另一种制作光栅的方法示意性流程图。
图3是本申请实施例提供的另一种制作光栅的方法示意性流程图。
图4是本申请实施例提供的另一种制作光栅的方法示意性流程图。
图5是本申请实施例提供的另一种制作光栅的方法示意性流程图。
图6是本申请实施例提供的另一种制作光栅的方法示意性流程图。
图7是本申请实施例提供的一种光栅示意图。
图8是本申请实施例提供的一种制作光栅的设备示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。
以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“上述”和“该”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
在本申请的实施例中，“第一”、“第二”以及各种数字编号只是为了描述方便进行的区分，并不用来限制本申请实施例的范围。下文各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。此外，在本申请实施例中，“110”、“120”、“130”等字样仅为了描述方便作出的标识，并不是对执行步骤的次序进行限定。在本申请实施例中，“当……时”、“若”以及“如果”等描述均指在某种客观情况下设备会做出相应的处理，并非是限定时间，且也不要求设备在实现时一定要有判断的动作，也不意味着存在其它限定。
需要说明的是，本申请中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
如背景技术中所述，光栅是一种应用非常广泛而重要的高分辨率的色散光学元件，在现代先学仪器中占有相当重要的地位。光栅可以包括表面浮雕光栅和体相位全息光栅(volume phase holographic grating，VPHG)，表面浮雕光栅具有规则的刻线和精致的表面；体相位全息光栅又称为体全息光栅，这种光栅拥有非常好的光学特性和设计灵活性、优越的稳定性和一致性。因此，体全息光栅非常适用于激光脉冲压缩、光谱仪、光学相干断层扫描以及天文学。
体全息光栅相对于表面浮雕光栅而言，具有衍射效率高、易于制造，易于消除鬼影等特点，是光栅的重要发展方向。体全息光栅是一种具有周期结构的光学元件，它一般通过双光束全息曝光的方式，直接在微米级厚度感光聚合物薄膜内部干涉形成明暗分布的干涉条纹，从而引起了材料内部的折射率周期性变化。这个周期一般是纳米级的光栅结构，与可见光波长为一个量级，于是便可以对光线进行有效调制，通过对入射光发生衍射作用，从而改变光的传输方向。体全息光栅常用在增强现实(augmented reality，AR)光波导中，在AR光波导的应用中，通过体全息光栅衍射，实现光的调制，可以让显示的内容直接投射到人眼中。
现有的体全息光栅一般使用全息光刻技术进行制造，全息光刻技术中通过发射激光，经过不同的光路传输，在基板上形成干涉，产生干涉条纹，从而对全息感光材料进行曝光。被曝光的全息感光材料吸收光子，产生交联反应，从而使折射率发生变化，得到折射率周期变化的光栅。然而由于全息光刻材料的限制，通过全息光刻技术制作而成的光栅，其光栅折射率对比度偏低，即光栅周期内不同区域的折射率差值偏低，从而约束了光栅获得更好的光学性能。
因此，本申请实施例提供了一种光栅、制作光栅的方法和设备，能够提高光栅折射率对比度，提供具有更好的光学性能的光栅。
图1是本申请实施例提供的一种制作光栅的方法示意性流程图。图1示出的是光栅的侧视图。该方法可以包括步骤101至步骤104，具体步骤如下：
101，获取含粒子的胶体110。
应理解，该含粒子的胶体110可以是在胶体中添加粒子，进行混合搅拌得到的，因此，可以理解的是，该含粒子的胶体110具有一定的流动性，该胶体可以为液体或者半液体。
其中，该胶体的材料为可固化材料(可进行热固化或光固化的材料)，即该胶体通过热固化或光固化，可以形成固体胶体(即光栅)。示例性的，该胶体的材料例如可以是聚乙烯(polyethylene，PE)、聚丙烯(polypropylene，PP)、聚苯乙烯(polystyrene，PS)等材料。
可选地，该胶体可以为聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)和/或聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)。
应理解，该胶体中含有的粒子可以是磁性粒子，也可以是其他带电粒子。当在该胶体上施加相应的磁力或者相应的静电力时，该胶体中的磁性粒子或者带电粒子可以在胶体中进行一定位移的移动。
可选地，该粒子可以为以下任意一种：四氧化三铁Fe3O4、铁酸亚钴CoFe2O4，锰酸亚钴MnFe2O4，镍Ni，本申请对此不作限定。
也就是说，该含粒子的胶体110可以是对胶体和粒子混合而成的，由于粒子(例如Fe3O4)可以受到磁力或静电力的影响，从而当在含粒子的胶体上施加磁力或静电力时，胶体中的粒子(例如Fe3O4)可以向施加磁力或静电力的方向移动，从而可以形成一定周期的光栅。
还应理解，该含粒子的胶体110具有一定的厚度，厚度的大小可以根据实际需求进行设置，例如，该含粒子的胶体110的厚度可以设置为5μm至15μm，本申请对此不作限定。
102-103，在含粒子的胶体110的一侧间隔施加作用力120，以使所述胶体内的粒子分区聚集。
具体地，当在含粒子的胶体110的一侧间隔施加作用力120时，该胶体中的粒子在该作用力120的作用下实现分区集聚，形成如图1中130所示的结构。
当在该含粒子的胶体110沿厚度方向的一侧间隔施加作用力120时，距离该作用力120较近一侧的粒子会在该作用力的作用下，向该作用力施加的位置移动；而距离该作用力120较远的一侧的粒子，则可能保持不动。在这种情况下，该胶体中的粒子沿该厚度方向上形成渐变结构，由此可以形成渐变的光栅。
应理解，该作用力120可以为非接触感应力，该非接触感应力可以理解为不与物体直接接触即可对物体产生影响，例如，该作用力120可以包括磁力或静电力。
在一些实施例中，该作用力120可以为磁力，该胶体中的粒子可以为磁性粒子，即该胶体中的磁性粒子在受到磁力的作用下，可以向该磁力施加的位置移动。
在另外一些实施例中，该作用力120可以为静电力，该胶体中的粒子可以为带电粒子，即该胶体中的带电粒子在受到静电力的作用下，可以向该静电力施加的位置移动。
可选地，当该作用力为磁力时，该磁力大小可以为0.001T至10T，T为磁力单位特斯拉。
应理解，该磁力大小可以根据实际情况进行确定，例如，该磁力的大小可以根据胶体的成分和粒子的成分等因素确定。
在一些实施例中，若粒子成分等其他因素相同时，当胶体的粘度越大，需要施加的磁力也就越大；当胶体的粘度越小，需要施加的磁力也就越小。
在另外一些实施例中，若胶体成分等其他因素相同时，当粒子对磁场感应越小，需要施加的磁力也就越大；当粒子对磁场感应越大，需要施加的磁力也就越小。
可选地，该间隔施加的作用力120可以是大小均匀的作用力。在该作用力120的作用下，该胶体中的粒子可以形成粒子聚集区和非粒子聚集区，且该非粒子聚集区的粒子数少于该粒子聚集区的粒子数。由此形成的光栅其粒子聚集区的折射率应大于非粒子聚集区的折射率。
应理解，该粒子聚集区与作用力120施加的区域相对应。即当在含粒子的胶体110上施加作用力120时，胶体内的粒子可以向施加作用力的区域进行移动，从而使得粒子聚集区与作用力120施加的区域相对应。
可选地，粒子聚集区的折射率与非粒子聚集区的折射率的差值(即折射率对比度)可高达0.2及以上。相对于现有技术得到的光栅折射率对比度高出约0.05至0.1左右，从而可以突破全息光栅折射率瓶颈，折射率调制系数获得突破。
104，对含粒子的胶体110进行固化，形成预设周期的光栅130，且光栅130的周期与作用力120的间隔距离之间存在对应关系。
具体地，该含粒子的胶体110通过步骤102和103中的处理后，胶体内的粒子实现分区聚集，并且可以形成渐变的结构，当胶体中的粒子充分聚集后，对经过步骤102和103处理后的胶体进行固化，可以形成预设周期的光栅130。
可选地，当作用力施加时间超过预设时间时，对胶体进行热固化或者光固化，形成预设周期的光栅，其中，胶体内的粒子在作用力120施加时间内充分聚集。
应理解，作用力的施加时间可以根据胶体内粒子聚集情况进行判断.一般情况下，该作用力的施加时间为1s至10s。
可以理解的是，当施加的作用力较大时，粒子聚集速度较快，作用力施加时间也就较短；当施加的作用力较小时，粒子聚集的速度较慢，作用力施加时间也就较长。
应理解，通过固化形成的光栅结构，该光栅结构的光栅的周期与作用力的间隔之间存在对应关系。也就是说，施加作用力的间隔可以根据需要制作的光栅的周期而设定。施加作用力的间隔可以理解为作用力的间隔距离，施加作用力的间隔为1nm至10μm。
通过步骤101至步骤104制作而成的光栅结构，由于只在胶体的一侧施加作用力，从而可以形成一种渐变的光栅结构，且形成的光栅结构中粒子聚集区的粒子数大于非粒子聚集区的粒子数，即粒子聚集区的折射率大于非粒子聚集区(或粒子较少的区域)的折射率，从而可以形成具有一定折射率对比度的光栅。此外，由于粒子的选择范围较大，当选择折射率更高的粒子制作光栅时，粒子聚集区的折射率与非粒子聚集区的折射率之间的差值也会更大，从而得到的光栅具有更高的光栅折射率对比度和更好的光学性能。
图2是本申请实施例提供的另一种制作光栅的方法示意性流程图。图2示出的是光栅的侧视图。该方法可以包括步骤201至步骤204，具体步骤如下：
201，获取含粒子的胶体110，将所述含粒子的胶体110铺设于基体111的第一表面。
应理解，基体111可以为含粒子的胶体110提供机械支撑作用，基体111的材料例如可以是金属材料(如铜、钢、铁、铝)、玻璃、有机材料(如树脂)等，本申请对此不作限定。
该步骤其他内容可以参考步骤101，在此不再赘述。
202-203，在含粒子的胶体110的一侧间隔施加作用力120，以使所述胶体内的粒子分区聚集。
可选地，当在含粒子的胶体110远离基体111的一侧间隔施加作用力120时，该胶体中的粒子在该作用力120的作用下实现分区集聚，形成如130所示的结构。
可选地，当在基体111远离胶体110的一侧间隔施加作用力时，该胶体中的粒子在该作用力120的作用下实现分区集聚，形成如130所示的结构。
该步骤其他内容可以参考步骤102-103，在此不再赘述。
204，对含粒子的胶体110进行固化，形成预设周期的光栅130，光栅的周期与作用力的间隔距离之间存在对应关系。
该步骤具体内容可以参考步骤104，在此不再赘述。
本申请实施例提供的制作光栅的方法，通过将含粒子的胶体铺设于基体的第一表面上，可以使胶体表面更加平整，从而制作的光栅表面更加平滑。此外，通过在胶体的一侧施加作用力，可以得到一种渐变的光栅结构。进一步地，通过选择折射率更高的粒子制作光栅，得到的光栅具有更高的折射率对比度和更好的光学性能。
图3是本申请实施例提供的另一种制作光栅的方法示意性流程图。图3示出的是光栅的侧视图。该方法可以包括步骤301至步骤304，具体步骤如下：
301，获取含粒子的胶体110，将所述含粒子的胶体110铺设于基体111的第一表面，此外，在含粒子的胶体110远离所述第一表面的一侧设置盖板112。
应理解，基体111可以为含粒子的胶体110提供机械支撑作用。基体111和盖板112的材料例如可以是金属材料(如铜、钢、铁、铝)、玻璃、有机材料(如树脂)等，本申请对此不作限定。
还应理解，基体111和盖板112搭配使用，与该含粒子的胶体110形成一个夹心结构，即基体111、含粒子的胶体110和盖板112形成夹心结构，从而防止当在含粒子的胶体110上施加作用力时，对胶体产生污染，获得更加纯净的光栅。
该步骤其他内容可以参考步骤101，在此不再赘述。
302-303，在含粒子的胶体110的一侧间隔施加作用力120，以使所述胶体内的粒子分区聚集。
可选地，当在含粒子的胶体110远离基体111的一侧间隔施加作用力120时，该胶体中的粒子在该作用力120的作用下实现分区集聚，形成如130所示的结构。
可选地，当在基体111远离胶体110的一侧间隔施加作用力时，该胶体中的粒子在该作用力120的作用下实现分区集聚，形成如130所示的结构。
该步骤其他内容可以参考步骤102-103，在此不再赘述。
304，对含粒子的胶体110进行固化，形成预设周期的光栅130，光栅的周期与作用力的间隔距离之间存在对应关系。
该步骤具体内容可以参考步骤104，在此不再赘述。
本申请实施例提供的制作光栅的方法，通过在胶体的两侧设置基体或盖板，形成一种夹心的结构，从而使得在胶体上施加作用力时，可以避免对胶体产生污染。此外，通过在胶体的一侧施加作用力，可以得到一种渐变的光栅结构。进一步地，通过选择折射率更高的粒子制作光栅，得到的光栅具有更高的折射率对比度和更好的光学性能。
图4是本申请实施例提供的另一种制作光栅的方法示意性流程图。图4示出的是光栅的侧视图。该方法可以包括步骤401至步骤404，具体步骤如下：
401，获取含粒子的胶体110。
该步骤具体可以参考步骤101，在此不再赘述。
402-403，在含粒子的胶体110的两侧间隔施加作用力120，以使所述胶体内的粒子分区聚集。
具体地，当在含粒子的胶体110的两侧间隔施加作用力120时，该胶体中的粒子在该作用力120的作用下实现分区集聚，形成如图4中140所示的结构。
当在该含粒子的胶体110沿厚度方向的两侧间隔施加作用力120时，该含粒子的胶体110的两侧的粒子均会在该作用力120的作用下，向该作用力施加的位置移动，因此，可以形成均匀结构的光栅。
该步骤其他内容可以参考步骤102-103，在此不再赘述。
404，对含粒子的胶体110进行固化，形成预设周期的光栅140，光栅的周期与作用力的间隔距离之间存在对应关系。
该步骤其他内容可以参考步骤104，在此不再赘述。
通过步骤401至步骤404得到的光栅结构，由于在胶体的两侧间隔施加大小均匀的作用力，可以形成均匀的光栅结构，且形成的光栅结构中粒子聚集区的粒子数大于非粒子聚集区的粒子数，即粒子聚集区的折射率大于非粒子聚集区(或粒子较少的区域)的折射率，从而可以形成具有一定折射率对比度的光栅。此外，由于粒子的选择范围较大，当选择折射率更高的粒子制作光栅时，得到的光栅具有更高的折射率对比度和更好的光学性能。
图5是本申请实施例提供的另一种制作光栅的方法示意性流程图。图5示出的是光栅的侧视图。该方法可以包括步骤501至步骤504，具体步骤如下：
501，获取含粒子的胶体110，将所述含粒子的胶体110铺设于基体111的第一表面。
应理解，基体111可以为含粒子的胶体110提供机械支撑作用，基体111的材料例如可以是金属材料(如铜、钢、铁、铝)、玻璃、有机材料(如树脂)等，本申请对此不作限定。
该步骤其他内容可以参考步骤101，在此不再赘述。
502-503，在含粒子的胶体110的两侧间隔施加作用力120，以使所述胶体内的粒子分区聚集。
具体地，当在含粒子的胶体110的两侧间隔施加作用力120时，该胶体中的粒子在该作用力120的作用下实现分区集聚，形成如140所示的结构。
当在该含粒子的胶体110沿厚度方向的两侧间隔施加作用力120时，该含粒子的胶体110的两侧的粒子均会在该作用力120的作用下，向该作用力施加的位置移动，因此，可以形成均匀结构的光栅。
该步骤其他内容可以参考步骤102-103，在此不再赘述。
504，对含粒子的胶体110进行固化，形成预设周期的光栅140，光栅的周期与作用力的间隔距离之间存在对应关系。
该步骤具体内容可以参考步骤104，在此不再赘述。
本申请实施例提供的制作光栅的方法，通过将含粒子的胶体铺设于基体的第一表面上，可以使胶体表面更加平整，从而制作的光栅表面更加平滑。此外，由于在胶体的两侧同时间隔施加大小均匀的作用力，可以得到均匀的光栅结构。进一步地，通过选择折射率更高的粒子制作而成的光栅，具有更高的光栅折射率对比度和更好的光学性能。
图6是本申请实施例提供的另一种制作光栅的方法示意性流程图。图6示出的是光栅的侧视图。该方法可以包括步骤601至步骤604，具体步骤如下：
601，获取含粒子的胶体110，将所述含粒子的胶体110铺设于基体111的第一表面，此外，在含粒子的胶体110远离所述第一表面的一侧设置盖板112。
应理解，基体111可以为含粒子的胶体110提供机械支撑作用。基体111和盖板112的材料例如可以是金属材料(如铜、钢、铁、铝)、玻璃、有机材料(如树脂)等，本申请对此不作限定。
还应理解，基体111和盖板112搭配使用，与该含粒子的胶体110形成一个夹心结构，即基体111、含粒子的胶体110和盖板112形成夹心结构，从而防止当在含粒子的胶体110上施加作用力时，对胶体产生污染，获得更加纯净的光栅。
该步骤其他内容可以参考步骤101，在此不再赘述。
602-603，在含粒子的胶体110的两侧间隔施加作用力120，以使所述胶体内的粒子分区聚集。
具体地，当在含粒子的胶体110的两侧间隔施加作用力120时，该胶体中的粒子在该作用力120的作用下实现分区集聚，形成如140所示的结构。
当在该含粒子的胶体110沿厚度方向的两侧间隔施加作用力120时，该含粒子的胶体110的两侧的粒子均会在该作用力120的作用下，向该作用力施加的位置移动，因此，可以形成均匀结构的光栅。
该步骤其他内容可以参考步骤102-103，在此不再赘述。
604，对含粒子的胶体110进行固化，形成预设周期的光栅140，光栅的周期与作用力的间隔距离之间存在对应关系。
该步骤具体内容可以参考步骤104，在此不再赘述。
本申请实施例提供的制作光栅的方法，通过在胶体的两侧设置基体或盖板，形成一种夹心的结构，从而使得在胶体上施加作用力时，可以避免对胶体产生污染。此外，由于在胶体的两侧同时间隔施加大小均匀的作用力，可以得到均匀的光栅结构。进一步地，通过选择折射率更高的粒子制作而成的光栅，具有更高的光栅折射率对比度和更好的光学性能。
图7是本申请实施例提供的一种光栅示意图。图7示出了光栅的俯视图。
通过图1至图6中任一所示的制作光栅的方法，均可以得到如图7所示光栅结构的俯视图。通过图1至图3中任一所示的制作光栅的方法制作而成的光栅，具有渐变的结构。通过图4至图6中任一所示的制作光栅的方法，能够获得更为均匀的光栅结构。
如图7所示的光栅可以包括固化胶体(即进行固化处理得到的胶体)，该胶体中包括粒子聚集区和非粒子聚集区，粒子聚集区和非粒子聚集区是通过在胶体上间隔施加作用力形成的，粒子聚集区与作用力施加的区域相对应。
应理解，该非粒子聚集区的粒子数少于该粒子聚集区的粒子数，该粒子聚集区的折射率大于该非粒子聚集区的折射率。
可选地，该粒子聚集区的折射率与该非粒子聚集区的折射率的差值(即折射率对比度)可高达0.2及以上。相对于现有技术得到的光栅折射率对比度高出约0.05至0.1左右，从而可以突破全息光栅折射率瓶颈，折射率调制系数获得突破。
可选地，该作用力为非接触感应力。可选地，当该非接触感应力为磁力时，该粒子为磁性粒子；当该非接触感应力为静电力时，该粒子为带电粒子。
可选地，该作用力为磁力，该磁力大小为0.001T至10T，T为磁力单位特斯拉。
可选地，该胶体为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA和/或聚二甲基硅氧烷PDMS。
可选地，该粒子为以下任意一种：四氧化三铁Fe3O4、铁酸亚钴CoFe2O4，锰酸亚钴MnFe2O4，镍Ni。
应理解，本申请实施例制作而成的光栅可以应用于增强现实AR光波导中，可以应用于激光器中，还可以应用于汽车的抬头显示器(head up display，HUD)中。
通过本申请实施例提供的方法得到的光栅，能够突破全息光栅折射率的限制，获得更高的光栅折射率对比度和更好的光学性能。
图8是本申请实施例提供的一种制作光栅的设备示意图。
该制作光栅的设备800包括施力模块810和固化模块820，该施力模块810，用于在含粒子的胶体上间隔施加作用力，以使胶体内的粒子分区聚集；该固化模块820，用于对胶体进行固化，形成预设周期的光栅，光栅的周期与作用力的间隔距离之间存在对应关系。
可选地，光栅包括粒子聚集区和非粒子聚集区，非粒子聚集区的粒子数少于粒子聚集区的粒子数。
可选地，粒子聚集区的折射率大于非粒子聚集区的折射率。
可选地，粒子聚集区的折射率与非粒子聚集区的折射率的差值大于或等于0.2。
可选地，含粒子的胶体铺设于基体的第一表面。
可选地，在含粒子的胶体远离第一表面的一侧设置盖板。
可选地，粒子聚集区与作用力施加的区域相对应。
可选地，该施力模块810还用于：在含粒子的胶体的一侧间隔施加作用力，以使胶体内的粒子分区聚集；或者，在含粒子的胶体的两侧间隔施加作用力，以使胶体内的粒子分区聚集。也就是说，在胶体远离基体的一侧间隔施加作用力，以使胶体内的粒子分区聚集；或者，在基体远离胶体的一侧间隔施加作用力，以使胶体内的粒子分区聚集；或者，在胶体远离基体的一侧和在基体远离胶体的一侧同时间隔施加作用力，以使胶体内的粒子分区聚集。
可选地，作用力为非接触感应力。可选地，非接触感应力为磁力，粒子为磁性粒子；或者，非接触感应力为静电力，粒子为带电粒子。
可选地，该固化模块820还用于：当作用力施加时间超过预设时间时，对胶体进行热固化或者光固化，形成预设周期的光栅，其中，胶体内的粒子在作用力施加时间内充分聚集。
可选地，该作用力为磁力，该磁力大小为0.001T至10T，T为磁力单位特斯拉。
可选地，胶体为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA和/或聚二甲基硅氧烷PDMS。
可选地，粒子为以下任意一种：四氧化三铁Fe3O4、铁酸亚钴CoFe2O4，锰酸亚钴MnFe2O4，镍Ni。
此外，本申请还提供一种设备，该设备包括上述任一种方法制作而成的光栅，或者，包括上述任一种光栅结构。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (33)
1.一种制作光栅的方法，其特征在于，包括：
在含粒子的胶体上间隔施加作用力，以使所述胶体内的粒子分区聚集；
对所述胶体进行固化，形成预设周期的光栅，所述光栅的周期与所述作用力的间隔距离之间存在对应关系。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光栅包括粒子聚集区和非粒子聚集区，所述非粒子聚集区的粒子数少于所述粒子聚集区的粒子数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述粒子聚集区的折射率大于所述非粒子聚集区的折射率。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述粒子聚集区的折射率与所述非粒子聚集区的折射率的差值大于或等于0.2。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在所述在含粒子的胶体上间隔施加作用力之前，所述方法还包括：
将所述含粒子的胶体铺设于基体的第一表面。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述含粒子的胶体远离所述第一表面的一侧设置盖板。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述在含粒子的胶体上间隔施加作用力，以使所述胶体内的粒子分区聚集，包括：
在所述含粒子的胶体的一侧间隔施加作用力，以使所述胶体内的粒子分区聚集；或者，
在所述含粒子的胶体的两侧间隔施加作用力，以使所述胶体内的粒子分区聚集。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述作用力为非接触感应力。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述非接触感应力为磁力，所述粒子为磁性粒子；或者，所述非接触感应力为静电力，所述粒子为带电粒子。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述对所述胶体进行固化，形成预设周期的光栅，包括：
当所述作用力施加时间超过预设时间时，对所述胶体进行热固化或者光固化，形成预设周期的光栅，其中，所述胶体内的粒子在所述作用力施加时间内充分聚集。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述作用力为磁力，所述磁力大小为0.001T至10T，T为磁力单位特斯拉。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述胶体为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA和/或聚二甲基硅氧烷PDMS，所述粒子为以下任意一种：四氧化三铁Fe3O4、铁酸亚钴CoFe2O4，锰酸亚钴MnFe2O4，镍Ni。
13.一种光栅，其特征在于，包括：
固化胶体，所述固化胶体中包括粒子聚集区和非粒子聚集区，所述粒子聚集区和所述非粒子聚集区是通过在所述胶体上间隔施加作用力形成的，所述粒子聚集区与作用力施加的区域相对应。
14.根据权利要求13所述的光栅，其特征在于，所述非粒子聚集区的粒子数少于所述粒子聚集区的粒子数。
15.根据权利要求13或14所述的光栅，其特征在于，所述粒子聚集区的折射率大于所述非粒子聚集区的折射率。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的光栅，其特征在于，所述粒子聚集区的折射率与所述非粒子聚集区的折射率的差值大于或等于0.2。
17.根据权利要求13至16中所述的光栅，其特征在于，所述作用力为非接触感应力。
18.根据权利要求17所述的光栅，其特征在于，所述非接触感应力为磁力，所述粒子为磁性粒子；或者，所述非接触感应力为静电力，所述粒子为带电粒子。
19.根据权利要求13至18中任一项所述的光栅，其特征在于，所述作用力为磁力，所述磁力大小为0.001T至10T，T为磁力单位特斯拉。
20.根据权利要求13至19中任一项所述的光栅，其特征在于，所述胶体为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA和/或聚二甲基硅氧烷PDMS，所述粒子为以下任意一种：四氧化三铁Fe3O4、铁酸亚钴CoFe2O4，锰酸亚钴MnFe2O4，镍Ni。
21.一种设备，其特征在于，包括如权利要求13至20中任一项所述的光栅。
22.一种制作光栅的设备，其特征在于，包括：
施力模块，用于在含粒子的胶体上间隔施加作用力，以使所述胶体内的粒子分区聚集；
固化模块，用于对所述胶体进行固化，形成预设周期的光栅，所述光栅的周期与所述作用力的间隔距离之间存在对应关系。
23.根据权利要求22所述的设备，其特征在于，所述光栅包括粒子聚集区和非粒子聚集区，所述非粒子聚集区的粒子数少于所述粒子聚集区的粒子数。
24.根据权利要求23所述的设备，其特征在于，所述粒子聚集区的折射率大于所述非粒子聚集区的折射率。
25.根据权利要求23或24所述的设备，其特征在于，所述粒子聚集区的折射率与所述非粒子聚集区的折射率的差值大于或等于0.2。
26.根据权利要求22至25中任一项所述的设备，其特征在于，所述含粒子的胶体铺设于基体的第一表面。
27.根据权利要求26所述的设备，其特征在于，在所述含粒子的胶体远离所述第一表面的一侧设置有盖板。
28.根据权利要求22至27中任一项所述的设备，其特征在于，所述施力模块还用于：
在所述含粒子的胶体的一侧间隔施加作用力，以使所述胶体内的粒子分区聚集；或者，
在所述含粒子的胶体的两侧间隔施加作用力，以使所述胶体内的粒子分区聚集。
29.根据权利要求22至28中任一项所述的设备，其特征在于，所述作用力为非接触感应力。
30.根据权利要求29所述的设备，其特征在于，所述非接触感应力为磁力，所述粒子为磁性粒子；或者，所述非接触感应力为静电力，所述粒子为带电粒子。
31.根据权利要求22至30中任一项所述的设备，其特征在于，所述固化模块还用于：当所述作用力施加时间超过预设时间时，对所述胶体进行热固化或者光固化，形成预设周期的光栅，其中，所述胶体内的粒子在所述作用力施加时间内充分聚集。
32.根据权利要求22至31中任一项所述的设备，其特征在于，所述作用力为磁力，所述磁力大小为0.001T至10T，T为磁力单位特斯拉。
33.根据权利要求22至32中任一项所述的设备，其特征在于，所述胶体为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA和/或聚二甲基硅氧烷PDMS，所述粒子为以下任意一种：四氧化三铁Fe3O4、铁酸亚钴CoFe2O4，锰酸亚钴MnFe2O4，镍Ni。
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