[发明专利]一种大面积宽带光栅衍射效率测量的方法及装置

说明书

本发明公开了一种大面积宽带光栅衍射效率的测量方法及装置，包括半导体激光器、斩波器、检测光系统、参考光系统和光电探测装置；该装置采用了双光路检测和斩波器将多个波长的半导体激光光源入射到宽带光栅表面，检测光系统采集‑1级衍射光，并通过二维扫描大面积宽带光栅，完成整个待测大面积宽带光栅表面的衍射效率的测量，抑制激光器功率漂移和环境背景光干扰，同时大大提高了检测效率。

技术领域

本发明涉及一种光谱学元件的测量方法及装置，具体涉及到大面积宽带光栅衍射效率的测量技术。

背景技术

大面积宽带光栅广泛应用于强激光系统中，在基于啁啾脉冲放大技术的高功率超短脉冲激光器中起到关键作用。大面积宽带光栅在脉冲压缩过程中承载着超高激光功率，为了降低光栅单位面积激光功率，必须增大光栅的面积和增加光栅的带宽，通常要求宽带光栅整个通光口径在带宽范围内衍射效率均大于90％。

专利号201710271676.8提供了一种宽带光栅的衍射效率测量方法，采用超连续谱激光器和声光滤波器组合提供波长连续可调的单色光源，并采用两步测量，不加待测光栅时先测量环境背景光，加上待测光栅时测量光栅的-1级衍射光。这种方案用于测量大面积宽带光栅的衍射效率测量时存在测量耗时长的问题，由于测量时间长后为减小光源稳定性带入的测量误差，就需要有在长时间内保持稳定输出的光源，并且长时间内光源稳定状态对检测结果带来怎样的影响根本无从知晓。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大面积宽带光栅衍射效率的测试方法及装置，解决现有技术的大面积宽带光栅衍射效率时测量耗时长对光源稳定性要求高的问题。

具体的本发明技术方案的关键步骤依次如下：

一种大面积宽带光栅衍射效率的测量方法，包括如下步骤：

1)搭建多波长测试光源的步骤：在待测大面积宽带光栅的带宽范围内，将若干个不同波长的半导体激光光源安装在可旋转光源支架上；可旋转光源支架由传动机构与驱动电机相连接；

2)搭建检测光路的步骤：在光路上依次设置斩波器、分光镜，其中斩波器的透光面积和挡光面积相等，入射光经过分光镜后透射光作为信号光以入射角θ_c入射到待测大面积宽带光栅表面上，-1级衍射光角度为θ_i进入第一积分球的入窗口，第一积分球的出窗口放置第一光电探测器，入射光经过分光镜后反射光作为参考光，直接进入第二积分球的入窗口，第二积分球的出窗口处放置第二光电探测器，其中待测大面积宽带光栅放置在二维扫描平移台上；

3)二维扫描测量步骤：调整可旋转光源支架，将若干不同波长的半导体激光光源中的一个光源入射至斩波器，设置斩波器的通光频率为f，第一光电探测器和第二电探测器的采样频率都为2f；斩波器透光时，第一光电探测器测和第二光电探测器同时进行测量，第一光电探测器测试结果记为V_is+V_ib，第二光电探测器测试结果记为V_ic+V_ibc，斩波器挡光时，第一光电探测器测和第二光电探测器仍同时进行测量，此时第一光电探测器测试结果为信号光的背景光记为V_ib，第二光电探测器测试结果为参考光的背景光记为V_ibc，通过控制二维扫描平移台在大面积宽带光栅表面上逐点扫描，直到待测大面积宽带光栅口径内所有采样点都被扫描记录；

所述分光镜的反射率记为R，V_is为剔除信号背景光之后的信光强，V_ic为剔除参考光背景光之后的参考光光强，

V_is＝(V_is+V_ib)-V_ib；V_ic＝(V_ic+V_ibc)-V_ibc；

则待测大面积宽带光栅表面上任一点的衍射效率为：