平面光柵衍射效率測試儀的製作方法

2023-06-30 05:50:51 1

專利名稱：平面光柵衍射效率測試儀的製作方法
技術領域：
本發明屬於光學技術領域，涉及對一種平面衍射光柵的衍射效率測試儀的改進。
光柵的衍射效率可以定義為當一束單色光入射到光柵時，光柵的某一級的衍射光的光強與入射光的光強之比，即為光柵對該單射光在該衍射級次的衍射效率。
目前，國際上比較流行的衍射效率測試儀都採用連續光譜法。這種儀器在結構上可以分為前置單色儀和測試單色儀兩大部分。在測試單色儀中還包括被測光柵與標準平面反射鏡之間的切換機構等。光學原理圖如圖1所示。
這種儀器的測量過程如下正弦機構及驅動系統通過正弦機構帶動前置單色儀的光柵轉座4轉動，使波長連續的單色光從入縫7進入測試單色儀。正弦機構及驅動系統8由計算機控制並帶動測試單色儀中的正弦機構，使被測光柵11的衍射光可以通過出縫13被接受器14接受、記錄其光強I1並輸入計算機。然後切換機構12將標準平面反射鏡切換到被測光柵11的位置，同樣由接受14接受、記錄其光強I2並輸入計算機，再由計算機計算出兩者的比值I1/I2，該比值即為被測光柵對該波長的衍射效率。因前置單色儀輸出的是波長連續的單色光，所以測試單色儀反覆重複上述步驟，就可得到被測光柵11在某一波段範圍內的衍射效率曲線。
這種結構的缺點是①由於前置單色儀中分光光柵色散範圍是固定的，使測試儀的測試波段寬度被限制在一定的範圍內。②因前置單色儀的照明系統為連續光源，所以從入射狹縫輸入到測試單色儀的光實際上是帶寬為Δλ的準單色光，又因前置單色儀中的分光光柵與被測光柵刻線密度之間的關係不可能是固定不變的，所以造成兩單色儀的色散率不匹配，產生測量誤差。③測試單色儀與前置單色儀的同步精度不易保證，也可產生測量誤差。④結構複雜，對機械零件的加工精度和電子元件穩定性的要求高，控制系統也十分複雜。
本發明的目的是克服已有技術測試範圍較窄，採用前置單色儀和測試單色儀這種結構造成色散率不匹配，同步精度不易保證，且易測量產生誤差，結構複雜等問題。
本發明的詳細內容如圖2所示，它包括照明系統1、入射狹縫2、濾光片組3、半反半透鏡4、準直鏡5、被測光柵6、半反半透鏡7、平面反射鏡8、平面反射鏡9、成像物鏡10、正弦機構11、出射狹縫12、光柵轉座13、接受器14、調製盤15、殼體16、基座17、計算機18。照明系統1安置在測試單色儀殼體16的外面；在殼體16與照明光束中心線的交點上安裝入射狹縫2；在殼體16內部靠近入射狹縫2安置濾光片組3，並保證通過入射狹縫2的入射光束通過濾光片組3；半反半透鏡4安置在濾光片組3的輸出端，並使半反半透鏡4到入射狹縫2的距離與半反半透鏡4到出射狹縫12的距離相等；在光束的中心線上安置準直鏡5，並使準直鏡5的中心到入射狹縫2的距離與準直鏡5的焦距相等；在準直鏡5的輸出光路中安裝光柵轉座13，被測光柵6放在光柵轉座13上，準直鏡5的輸入光線與輸出光線之間有一小的夾角，以利於元件的擺放，被測光柵6的衍射光與準直鏡5的輸入光線平行；在被測光柵6的衍射光束中安裝半反半透鏡7和平面反射鏡8；平面反射鏡9安置在平面反射鏡8的輸出光束中；成像物鏡10安置在平面反射鏡9的輸出光束中，並使成像物鏡10的中心到狹縫2的距離等於成像物鏡10的焦距，為保證象差，成像物鏡10的輸入光線與輸出光線之間的夾角不宜過大；調製盤15安置在半反半透鏡4的反射光束中；在殼體16的側面安裝出射狹縫12，以使半反半透鏡4的反射光通過調製盤15和出射狹縫12進入接受器14；接受器14安裝在殼體16的外部並靠近出射狹縫12以保證將出射光全部接收；正弦機構11安裝在殼體16的內部。
本發明的測量過程照明系統1將連續光源成像在入射狹縫2處，光束經濾光片組3和半反半透鏡4到達準直鏡5後變成平行光入射到被測光柵6，由被測光柵6對照明系統1的複色光進行第一次衍射。通過正弦機構11帶動光柵轉座13轉動，使被測光柵6將所需測試的單色光照射到半反半透鏡7上，這時照射到半反半透鏡7上的光束被分為光強相等的兩部分一束為測量光束，另一束為參考光束。測量光束被半反半透鏡7按原路反射回被測光柵6，被測光柵6再將測試光束進行第二次衍射並使第二次衍射光按原路經半反半透鏡4反射到出射狹縫12，再由接受器14記錄其光強I1並輸入計算機18；參考光束透過半反半透鏡7後由平面反射鏡8和平面反射鏡9反射至成像物鏡10，準直鏡5的平行光被成像物鏡10經半反半透鏡4反射成像在出射狹縫12，由接受器14記錄其光強I2並輸入計算機18，再由計算機18得出I1/I2的值，即得到被測光柵6對所需測量波長單色光的衍射效率。調製盤15的作用是使接受器14交替地接受被測光柵6的衍射光強I1和參考光強I2。連續轉動光柵轉座13，就可測得被測光柵6在某一波段範圍內的衍射效率曲線。
本發明的優點是①由於取消了前置單色儀，採用二次衍射方式，所以徹底解決了已有儀器同步精度不易保證的難題；②由於用被測光柵作為分光元件，所以被測光柵的光譜範圍與需測試的光譜範圍相一致，只要選擇與被測波段相一致的光源與接受器，則它的測量範圍就可以是任意寬的，因此解決了傳統測試儀受前置單色儀分光光柵光譜範圍限制的問題；③本發明中分光光柵與被測光柵採用同一塊光柵，因此在出射狹縫處的衍射光和參考光的色散率可以達到完全匹配，消除了傳統測試儀因前置單色儀與測試單色儀色散率不匹配而產生的測量誤差；④本發明因省略了前置單色儀、標準反射鏡和被測光柵與標準反射鏡之間的切換機構，因而降低了機械加工精度和控制的難度，簡化了結構，提高了儀器的可靠性、測量速度和工作效率。


圖1是已有技術光學原理示意圖，圖2是本發明立體結構示意圖。
本發明的最佳實施例如圖2所示照明系統1包括光源和成像系統，其中光源的類型要根據被測光柵6的波段範圍來選擇，成像系統採用反射式成像系統。入射狹縫2和出射狹縫12的狹縫片選用硬質合金材料製成，且由狹縫片組成的狹縫固定在旋轉式狹縫板上，旋轉式狹縫板固定在殼體16的內壁上。濾光片組3中的各種濾光片可根據照明系統中光源的光譜範圍來選擇其片數和光學材料，並安裝在正弦機構11中的步進電機的輸出軸上，步進電機根據計算機18的指令切換濾光片3。半反半透鏡4、準直鏡5、半反半透鏡7、平面反射鏡8和平面反射鏡9、成像物鏡10分別與光學鏡座固定聯結並固定在測試單色儀的基座17上，這些都由光學玻璃製成。正弦機構11由絲杆、正弦杆、正弦導軌、防轉臂、防轉導軌等組成，光柵轉座13由軸承、光柵座等組成。光柵轉座13可轉動，通過軸承安裝在基座17上，被測光柵6通過加緊裝置固定在光柵轉座13上。調製盤15用薄金屬片並打孔製成，並與電機軸固定聯結，由電機帶動其旋轉使接收器14交替地接收衍射光束和參考光束。接收器14的類型可根據被測光柵6的波段範圍來選擇，且固定在殼體16的外側。計算機18可選用單片機。
權利要求1.一種平面光柵衍射效率測試儀，它包括照明系統1、入射狹縫2、準直鏡5、成像物鏡10、正弦機構11、出射狹縫12、光柵轉座13、接收器14、殼體16、基座17、計算機18，其特徵在於還包括在殼體內部靠近入射狹縫2安置濾光片組3，且使入射狹縫2的入射光束通過濾光片組3，半反半透鏡4安置在濾光片組3的輸出端，並使半反半透鏡4到入射狹縫2的距離與半反半透鏡4到出射狹縫12的距離相等，在入射狹縫2入射光束的中心線上安置準直鏡5，並使準直鏡5的中心到入射狹縫2的距離與準直鏡5的焦距相等，在準直鏡5的輸出光路中安裝光柵轉座13，被測光柵6放置在光柵轉座13上，被測光柵6的衍射光與準直鏡5的輸入光線平行，在被測光柵6的衍射光束中安裝半反半透鏡7和平面反射鏡8，平面反射鏡9安置在平面反射鏡8的輸出光束中，成像物鏡10安置在平面反射鏡9的輸出光束中，並使成像物鏡10的中心到入射狹縫2的距離等於成像物鏡10的焦距，調製盤15安置在半反半透鏡4的反射光束中，在殼體16的側面安裝出射狹縫12，使半反半透鏡4的反射光通過調製盤15和出射狹縫12進入接受器14，接受器14安裝在殼體16的外部並靠近出射狹縫12。
專利摘要本實用新型屬於光學技術領域,涉及對一種平面衍射光柵的衍射效率測試儀的改進。採用二次衍射以及使用一種特殊的半反半透鏡。本實用新型的優點是:①徹底解決了以前儀器同步精度不易保證的難題;②解決了傳統測試儀受前置單色儀分光光柵光譜範圍限制的問題;③消除了傳統測試儀因前置單色儀與測試單色儀色散率不匹配而產生的測量誤差;④降低了機械加工精度和控制難度,簡化了結構,測量速度和工作效率。
文檔編號G01M11/02GK2370408SQ9824638
公開日2000年3月22日 申請日期1998年11月11日 優先權日1998年11月11日
發明者齊向東 申請人:中國科學院長春光學精密機械研究所