[发明专利]一种全反式平面光栅衍射效率测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种全反式平面光栅衍射效率测试装置及方法，特别适用于平面闪耀光栅的衍射效率测量，该装置由单色仪、光阑、抛物面准直镜、光栅转台、后光路转台、后光路支撑板、抛物面聚焦镜、转折镜、单元探测器和控制及数据处理模块组成。单色仪出射不同波长的单色光，通过后光路的旋转对不同波长衍射光进行扫描探测，该装置可用于测量不同波长的单色光经过待测光栅后的衍射效率。本发明为反射式平面闪耀光栅提供了一种高精度、高效率的衍射效率测量方法。

技术领域

本发明涉及光栅衍射效率的测试，特别是指平面闪耀光栅的衍射效率测试装置和方法。

背景技术

棱镜和光栅是色散型光谱仪主要的分光元件。光栅分光光谱仪由于其色散线性、结构紧凑等优点获得了广泛的应用。由于光栅的0级光是复色光而一般采用其临近级次的衍射光作为信号光。出于光学效率的考虑，光学系统中一般使用可以将某中心波长的衍射光能量集中到某一级次的所谓闪耀光栅。平面闪耀光栅由于结构最为简单，应用最为广泛。

光栅作为光栅分光仪器的核心光学元件，其衍射效率指标严重影响仪器的整体性能，因此，光栅衍射效率的测试非常关键。现有的光栅衍射效率测试装置往往存在以下问题：

(1)需要一路参考光用于入射光能量的测量，含有透射式光学元件，难以形成全反射式光路，谱段适用宽度较窄；光路复杂，光学元件众多，增加了系统元件的数量，也增加了整套测试装置的成本。

(2)用激光作为测试光源，激光作为高斯光束与自然光源存在差异，且激光在光栅处的光斑往往较小，测试光与光栅工作状态存在较大差异。

(3)缺少运动部件或者视场较窄，难以测量衍射光角度变化较大的光栅，且对测量非闪耀级次的衍射光的衍射效率往往并不适用。

发明内容

本发明的目的是弥补现有条件的不足，提供一种高精度、高效率的光栅衍射效率测试装置和方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

图1是本发明的全反式平面光栅衍射效率测试装置，由单色仪1、光阑2、抛物面准直镜3、光栅转台4、后光路转台5、后光路支撑板6、抛物面聚焦镜7、转折镜8、单元探测器9和控制及数据处理模块11组成。

单色仪1出射的发散光束经光阑2后经抛物面准直镜3准直为平行光入射到待测光栅10上，经其衍射后再由抛物面聚焦镜7聚焦到单元探测器9上。单色仪1作为系统光源，用于发出单色光。光阑2的孔径可变，用于控制系统的数值孔径以调节待测光栅10处的光斑大小及系统光能量。光栅转台4用于放置光栅，为满足不同光栅测试时反射面位置保持不变，其上设有低矮的靠面。光栅转台4与后光路转台5相互独立，且共旋转轴，该旋转轴经过中心视场主光线与反射面交点。抛物面聚焦镜7、转折镜8和单元探测器9一起固定在后光路支撑板6上，称为后光路，并整体安装于后光路转台5上，抛物面聚焦镜7、转折镜8和单元探测器9绕轴旋转时相互位置关系保持不变。控制及数据处理模块11用于控制单色仪和转台，以及处理数据。

光栅衍射效率测量适用于特定级次不同波长衍射效率的测量，分别测量某波长单色光的入射光能量及其闪耀级次的衍射光能量，则待测光栅10对该单色光的衍射效率为衍射光能量与入射光能量的比值，其测量步骤如下：

1)光栅转台4上不放置待测光栅10，保持光路畅通，控制后光路转台5带动后光路整体旋转，使得经抛物面准直镜3准直的平行光正入射后光路，由单元探测器9接收。控制单色仪1出射不同波长的单色光，记录单元探测器9响应值I_λ，下标λ表示不同波长的单色光，I_λ即入射光的能量。

2)在光栅转台4上放置待测光栅10，控制光栅转台4使得经抛物面准直镜3准直的平行光照射到待测光栅10上的入射角与光栅工作时的入射角一致。

3)将光栅周期、入射角和衍射级次等参数输入控制程序，由程序自动计算不同波长的单色光的在衍射级次下的衍射角。