[发明专利]衍射光学元件光学性能的测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种衍射光学元件光学性能的测量装置，特征在于：该装置包括照明单元（1）、能量监测单元（2）、待测衍射光学元件固定支架（3）、衍射图样测量单元（4）和能量利用率测量单元（5）：

所述的照明单元（1）包括准分子激光器（101）、扩束镜（102）和第一光阑（103）；

所述的能量监测单元（2）由第一分光镜（201）和第一激光功率计（202）组成；

所述的衍射图样测量单元（4）由第二分光镜（401）、第一傅里叶变换透镜（402）、衰减片（403）和CCD图像传感器（404）构成；

所述的能量利用率测量单元（5）包括平面反射镜（501）、第二傅里叶变换透镜（502）、光阑插口（503）和第二激光功率计（504），所述的光阑插口（503）供第二光阑设置，使光阑位于所述的第二傅里叶变换透镜的后焦面上；

所述的待测衍射光学元件固定支架（3）是一个供待测衍射光学元件（300）设置固定的支架；

上述元部件的位置关系如下：

沿所述的准分子激光器（101）输出激光的前进方向，依次是所述的扩束镜（102）、光阑（103）、第一分光镜（201）、待测衍射光学元件（300）、第二分光镜（401）、第一傅里叶变换透镜（402）、衰减片（403）和CCD图像传感器（404），在所述的第一分光镜（201）的反射光方向是所述的第一激光功率计（202），在所述的第二分光镜（401）的反射光方向是平面反射镜（501），在该平面反射镜（501）的反射光方向依次是所述的第二傅里叶变换透镜（502）、第二光阑和第二激光功率计（504）；

所述的第二傅里叶变换透镜（502）与所述的第一傅里叶变换透镜（402）相同，所述的第一傅里叶变换透镜（402）的前焦面和第二傅里叶变换透镜（502）的前焦面与所述的待测衍射光学元件（300）共平面，所述的CCD图像传感器（404）放置在所述的第一傅里叶变换透镜（402）的后焦面上；所述的光阑插口（503）置于第二傅里叶变换透镜（502）的后焦面上，所述的第二激光功率计（504）紧靠在所述的第二光阑之后；

所述的第一傅里叶变换透镜（402）的焦距f由CCD图像传感器（404）敏感面的宽度w和待测衍射光学元件（300）远场发射角θ按下式确定：

f≤w2sinθ]]>

所述的第一傅里叶变换透镜的通光孔径D由待测衍射光学元件的有效区域尺寸L×L及待测衍射光学元件远场发射角θ由下式确定：

D≥2L+2fsinθ.]]>

2.根据权利要求1所述的衍射光学元件光学性能的测量装置，其特征在于所述的光阑（103）直接固定在所述的扩束镜（102）的镜筒上。

3.利用权利要求1所述的测量装置对衍射光学元件的光学性能的测量方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

①把待测衍射光学元件（300）固定在所述的衍射光学元件的固定支架（3）上；

②启动所述的准分子激光器（101），所述的CCD图像传感器（404）进行图像采集，对图像进行分析就可以得到衍射图样的强度分布，经测量或计算出零级衍射区域的尺寸和衍射图样区域的尺寸；

③测量零级衍射效率：

根据零级衍射区域的尺寸选择第二光阑的通光孔径的大小使得零级衍射光斑恰好完全通过该光阑的通光孔，插入所述的光阑插口（503）并置于第二傅里叶变换透镜（502）的后焦面上，此时读出所述的第一激光功率计的示数P_in和所述的第二激光功率计的示数P_0out，则零级衍射效率为：

η0=2P0outPin*T*R×100%]]>

式中，T为第二傅里叶变换透镜的透过率,R为光线45°入射时平面反射镜（501）的反射率，多次测量取其平均值作为零级衍射效率的最终测量结果；

④测量衍射光斑的能量利用率和高阶衍射效率：

根据衍射图样区域的尺寸选择第二光阑的通光孔径的大小使所述的衍射图样和零级衍射光斑恰好完全通过该光阑的通光孔，插入所述的光阑插口（503）并置于第二傅里叶变换透镜（502）的后焦面上，使零级衍射光斑和衍射图样恰好完全通过第二光阑的通光孔，读取所述的第一激光功率计的示数P_in和所述的第二激光功率计的示数P_1out，则零级衍射光斑和待测的衍射图样的总衍射效率η₁为：

η1=2P1outPin*T*R100%,]]>

多次测量取其平均值则待测衍射光学元件的能量利用率为：和高阶衍射效率为：