一种能精确控制入射角的分光镜测量方法及装置制造方法及图纸

为了解决传统分光镜分光比和反射透射率测量方法光路复杂、误差大的技术问题，本发明专利技术提供了一种能精确控制入射角的分光镜测量方法及装置。本发明专利技术基于分光镜对部分光反射的特性，利用小孔光阑、五棱镜以及第二平面反射镜自准的方法，降低了测量光路的误差；利用自准直光管垂直入射的方法解决了对45°入射角度基准的标定；利用自准直光管的角度检测功能实现了对分光镜入射角小角度变化的精确控制，当自准直光管精度为1"时，入射角度控制精度可达到0.5"量级。

【技术实现步骤摘要】
一种能精确控制入射角的分光镜测量方法及装置
本专利技术属于分光镜测量领域，涉及一种能精确控制入射角的分光镜测量方法及装置。本专利技术适用于波长分光镜和光强分光镜的测量。
技术介绍
分光镜是一种常见的光学元件，能按照不同的分光要求将一束光分为两部分，按照分光特性可以分为光强分光镜，波长分光镜和偏振分光镜。随着光学薄膜技术的发展，分光镜通常是在玻璃基底上镀若干层薄膜来实现分光要求。分光镜最常见的使用就是以一定的入射角度入射，其中45°入射角最为常见，而分光镜由于设计要求的不同，复杂分光膜对角度极其敏感，再加上镀膜工艺造成的偏差，容易造成最佳入射角的偏移。另外，当分光镜应用于光学系统中时，由于装配工艺的影响，装配入射角存在一定误差。入射角的改变会引起分光镜反射率、透过率的改变，降低分光镜的设计指标。因此需要在分光镜加工完成后，对设计入射角和入射角小角度变化范围内的反射率、透射率及其变化进行测量：一是检测设计的入射角在加工过程中是否有偏移，二是精确测量入射角小角度变化范围内的反射率和透射率变化，确定光路装配过程中的公差要求。传统的分光镜分光比和反射透射率测量方法存在以下问题：为提高测量精度，其测试光路和方法往往比较复杂；另外，无法对入射角度及其小角度变化进行精确控制，测量误差大。
技术实现思路
为了解决传统分光镜分光比和反射透射率测量方法光路复杂、误差大的技术问题，本专利技术提供了一种能精确控制入射角的分光镜测量方法及装置，基于分光镜对部分光反射的特性，利用小孔光阑、五棱镜以及第二平面反射镜自准的方法(自准主要是指这三个元件)，降低了测量光路的误差；利用自准直光管垂直入射的方法解决了对45°入射角度基准的标定；利用自准直光管的角度检测功能实现了对分光镜入射角小角度变化的精确控制，角度控制范围与自准直光管视场有关。本专利技术的技术解决方案是：一种能精确控制入射角的分光镜测量方法，包括以下步骤：步骤1、搭建光路1.1)将可调谐激光器、准直镜、小孔光阑、第一平面反射镜依次设置；由于小孔光阑的中心孔直径D的大小与测量误差有关，D越小，测量误差越小；但是从光束能量和易于观察的角度来说，D太小导致人眼无法观测，因此所述小孔光阑的中心孔直径D＝0.1～1mm；1.2)在所述第一平面反射镜的反射光路上设置五棱镜；1.3)在所述五棱镜的出射光路上设置第二平面反射镜；上述步骤1.1)-1.3)中，每设置一个光学元件，应调节该光学元件的俯仰，使经过该光学元件的光束位于水平平面内，这样在完成步骤1.3)后，经过所有光学元件的光束都位于同一水平平面内；步骤2、在水平平面内进行光路调试2.1)90°光路自准；2.1.1)将可调谐激光器发出的激光经准直镜准直；2.1.2)使准直后光束通过所述小孔光阑的中心孔，得到小口径光束；2.1.3)调节第一平面反射镜，使所述小口径光束通过所述第一平面反射镜折转，入射至五棱镜；2.1.4)调节五棱镜姿态，使被五棱镜入射面反射的光束入射至第一平面反射镜，经第一平面反射镜反射后，进入所述小孔光阑的中心孔；2.1.5)调节第二平面反射镜，使被五棱镜折转90°后的光束经第二平面镜反射后，再次进入五棱镜，经五棱镜折转90°后入射至第一平面反射镜，被第一平面反射镜反射后，进入所述小孔光阑的中心孔；2.2)待测分光镜45°入射光路自准；2.2.1将所述五棱镜替换为待测分光镜；2.2.2调节待测分光镜姿态，使待测分光镜反射偏转之后的光被第二平面反射镜反射回待测分光镜，再次偏转之后，入射至第一平面反射镜，经第一平面反射镜反射后进入所述小孔光阑的中心孔；2.3)待测分光镜45°基准标定；定义待测分光镜面对第一平面反射镜的面为第一入射面，待测分光镜背离第一平面反射镜的面为第二入射面；使用自准直光管垂直入射待测分光镜的第二入射面，进行待测分光镜45°基准标定；步骤3、测量3.1)将所述小孔光阑替换为可调光阑或者口径大于待测分光镜口径且不拦光的不可调光阑，将第二平面反射镜替换为第一激光功率计，在待测分光镜第一入射面的透射方向放置第二激光功率计；所述第一激光功率计与可调谐激光器之间的光程与第二激光功率计与可调谐激光器之间的光程相等；3.2)调节可调光阑使入射至第一平面反射镜的光束达到合适口径；3.3)测量；第一种情形：若待测分光镜为波长分光镜；3.3.1)测量待测分光镜对不同角度入射光的反射效率ηR(θ)；3.3.1.1)调节待测分光镜姿态，利用自准直光管控制入射角度，利用第一激光功率计测得经待测分光镜反射之后的反射光强度IR1(θ)；3.1.1.2)移除待测分光镜，利用第二激光功率计测得测量光束的入射强度IR0(θ)；3.1.1.3)利用下式计算待测分光镜对不同角度入射光的反射效率ηR(θ)：3.3.2)测量待测分光镜对不同角度入射光的反射效率ηT(θ)；3.3.2.1)将待测分光镜加入光路，利用步骤2.3)中自准直光管标定的45°基准进行自准，调节可调谐激光器的输出波长为待测分光镜设计的透射光波长；3.3.2.2)调节待测分光镜姿态，通过自准直光管控制入射角度，利用第二激光功率计测得经待测分光镜透射之后的透射光强度IT1(θ)；3.3.2.3)移除待测分光镜，利用第二激光功率计测得测量光束的入射强度IT0(θ)；3.3.2.4)利用下式计算待测分光镜对不同角度入射光的透射效率ηT(θ)：第二种情形：若待测分光镜为光强分光镜；3.1.1)调节待测分光镜姿态，通过自准直光管控制入射角度，利用第一激光功率计测得经待测分光镜反射之后的反射光强度IR1(θ)，利用第二激光功率计测得经待测分光镜透射之后的透射光强度IT1(θ)；3.1.2)利用下式计算待测分光镜对不同角度入射光，其透射光与反射光之比K：进一步地，考虑到对于某些分光镜的测量，采用的激光只能选择不可见光，所述步骤1.1)中采用的小孔光阑采用由荧光材料制成或者表面涂覆荧光材料的感光小孔光阑，这样在光阑的两个面上，都能够看到入射到其上的光斑大小及位置。进一步地，所述步骤1.2)中将五棱镜放置在带有调节装置的转台上，将所述转台放置在所述第一平面反射镜的反射光路上。进一步地，所述步骤2.1.4)和2.1.5)中，应控制使第一平面镜的反射光光斑与小孔光阑中心孔之间的重合度误差小于D/8，以降低测量误差。本专利技术同时提供了一种实现上述分光镜测量方法的测量装置，其特殊之处在于：包括可调谐激光器、准直镜、小孔光阑、第一平面反射镜、转台、五棱镜、第二平面反射镜、自准直光管、第一激光功率计、第二激光功率计；所述小孔光阑的中心孔直径D＝0.1～1mm；所述测量装置还包括可调光阑或者口径大于待测分光镜口径且不拦光的不可调光阑；所述可调谐激光器、小孔光阑、准直镜、第一平面反射镜依次设置；所述转台设置在所述第一平面反射镜的反射光路上；所述转台带有六自由度调节装置；所述转台用于固定放置所述五棱镜或者待测分光镜；所述五棱镜、第二平面反射镜和小孔光阑用于90°光路自准，测量时均被移除；90°光路自准时所述五棱镜通过所述调节装置设置在所述转台上，所述第二平面反射镜设置在所述五棱镜的出射光路上；所述自准直光管用于标定待测分光镜的45°基准以及进行45°基准角度监测；测量时，所述小孔光阑被所述可调光阑或者口径大于待测分光镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能精确控制入射角的分光镜测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、搭建光路1.1)将可调谐激光器(1)、准直镜(2)、小孔光阑、第一平面反射镜(4)依次设置；所述小孔光阑的中心孔直径D＝0.1～1mm；1.2)在所述第一平面反射镜(4)的反射光路上设置五棱镜(6)；1.3)在所述五棱镜(6)的出射光路上设置第二平面反射镜(8)；上述步骤1.1)‑1.3)中，每设置一个光学元件，应调节该光学元件的俯仰，使经过该光学元件的光束位于水平平面内，这样在完成步骤1.3)后，经过所有光学元件的光束都位于同一水平平面内；步骤2、在水平平面内进行光路调试2.1)90°光路自准；2.1.1)将可调谐激光器(1)发出的激光经准直镜(2)准直；2.1.2)使准直后光束通过所述小孔光阑的中心孔，得到小口径光束；2.1.3)调节第一平面反射镜(4)，使所述小口径光束通过所述第一平面反射镜(4)折转，入射至五棱镜(6)；2.1.4)调节五棱镜(6)姿态，使被五棱镜(6)入射面反射的光束入射至第一平面反射镜(4)，经第一平面反射镜(4)反射后，进入所述小孔光阑的中心孔；2.1.5)调节第二平面反射镜(8)，使被五棱镜(6)折转90°后的光束经第二平面镜反射后，再次进入五棱镜(6)，经五棱镜(6)折转90°后入射至第一平面反射镜(4)，被第一平面反射镜(4)反射后，进入所述小孔光阑的中心孔；2.2)待测分光镜(7)45°入射光路自准；2.2.1将所述五棱镜(6)替换为待测分光镜(7)；2.2.2调节待测分光镜(7)姿态，使待测分光镜(7)反射偏转之后的光被第二平面反射镜(8)反射回待测分光镜(7)，再次偏转之后，入射至第一平面反射镜(4)，经第一平面反射镜(4)反射后进入所述小孔光阑的中心孔；2.3)待测分光镜(7)45°基准标定；定义待测分光镜(7)面对第一平面反射镜(4)的面为第一入射面，待测分光镜(7)背离第一平面反射镜(4)的面为第二入射面；使用自准直光管(9)垂直入射待测分光镜(7)的第二入射面，进行待测分光镜(7)45°基准标定；步骤3、测量3.1)将所述小孔光阑替换为可调光阑(12)或者口径大于待测分光镜(7)口径且不拦光的不可调光阑，将第二平面反射镜(8)替换为第一激光功率计(10)，在待测分光镜(7)第一入射面的透射方向放置第二激光功率计(11)；所述第一激光功率计(10)与可调谐激光器(1)之间的光程与第二激光功率计(11)与可调谐激光器(1)之间的光程相等；3.2)调节可调光阑(12)使入射至第一平面反射镜(4)的光束达到合适口径；3.3)测量；第一种情形：若待测分光镜(7)为波长分光镜；3.3.1)测量待测分光镜(7)对不同角度入射光的反射效率ηR(θ)；3.3.1.1)调节待测分光镜(7)姿态，利用自准直光管(9)控制入射角度，利用第一激光功率计(10)测得经待测分光镜(7)反射之后的反射光强度IR1(θ)；3.1.1.2)移除待测分光镜(7)，利用第二激光功率计(11)测得测量光束的入射强度IR0(θ)；3.1.1.3)利用下式计算待测分光镜(7)对不同角度入射光的反射效率ηR(θ)：...

【技术特征摘要】
1.一种能精确控制入射角的分光镜测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、搭建光路1.1)将可调谐激光器(1)、准直镜(2)、小孔光阑、第一平面反射镜(4)依次设置；所述小孔光阑的中心孔直径D＝0.1～1mm；1.2)在所述第一平面反射镜(4)的反射光路上设置五棱镜(6)；1.3)在所述五棱镜(6)的出射光路上设置第二平面反射镜(8)；上述步骤1.1)-1.3)中，每设置一个光学元件，应调节该光学元件的俯仰，使经过该光学元件的光束位于水平平面内，这样在完成步骤1.3)后，经过所有光学元件的光束都位于同一水平平面内；步骤2、在水平平面内进行光路调试2.1)90°光路自准；2.1.1)将可调谐激光器(1)发出的激光经准直镜(2)准直；2.1.2)使准直后光束通过所述小孔光阑的中心孔，得到小口径光束；2.1.3)调节第一平面反射镜(4)，使所述小口径光束通过所述第一平面反射镜(4)折转，入射至五棱镜(6)；2.1.4)调节五棱镜(6)姿态，使被五棱镜(6)入射面反射的光束入射至第一平面反射镜(4)，经第一平面反射镜(4)反射后，进入所述小孔光阑的中心孔；2.1.5)调节第二平面反射镜(8)，使被五棱镜(6)折转90°后的光束经第二平面镜反射后，再次进入五棱镜(6)，经五棱镜(6)折转90°后入射至第一平面反射镜(4)，被第一平面反射镜(4)反射后，进入所述小孔光阑的中心孔；2.2)待测分光镜(7)45°入射光路自准；2.2.1将所述五棱镜(6)替换为待测分光镜(7)；2.2.2调节待测分光镜(7)姿态，使待测分光镜(7)反射偏转之后的光被第二平面反射镜(8)反射回待测分光镜(7)，再次偏转之后，入射至第一平面反射镜(4)，经第一平面反射镜(4)反射后进入所述小孔光阑的中心孔；2.3)待测分光镜(7)45°基准标定；定义待测分光镜(7)面对第一平面反射镜(4)的面为第一入射面，待测分光镜(7)背离第一平面反射镜(4)的面为第二入射面；使用自准直光管(9)垂直入射待测分光镜(7)的第二入射面，进行待测分光镜(7)45°基准标定；步骤3、测量3.1)将所述小孔光阑替换为可调光阑(12)或者口径大于待测分光镜(7)口径且不拦光的不可调光阑，将第二平面反射镜(8)替换为第一激光功率计(10)，在待测分光镜(7)第一入射面的透射方向放置第二激光功率计(11)；所述第一激光功率计(10)与可调谐激光器(1)之间的光程与第二激光功率计(11)与可调谐激光器(1)之间的光程相等；3.2)调节可调光阑(12)使入射至第一平面反射镜(4)的光束达到合适口径；3.3)测量；第一种情形：若待测分光镜(7)为波长分光镜；3.3.1)测量待测分光镜(7)对不同角度入射光的反射效率ηR(θ)；3.3.1.1)调节待测分光镜(7)姿态，利用自准直光管(9)控制入射角度，利用第一激光功率计(10)测得经待测分光镜(7)反射之后的反射光强度IR1(θ)；3.1.1.2)移除待测分光镜(7)，利用第二激光功率计(11)测得测量光束的入射强度IR0(θ)；3.1.1.3)利用下式计算待测分光镜(7)对不同角度入射光的反射效率ηR(θ)：3.3.2)测量待测分光镜(7)对不同角度入射光的反射效率ηT(θ)；3.3.2.1)将待测分光镜(7)加入光路，利用步骤2.3)中自准直光管(9)标定的45°基准进行自准，调节可调谐激光器(1)的输出波长为待测分光镜(7)设计的透射光波长；3.3.2.2)调节待测分光镜(7)姿态，通过自准直光管(9)控制入射角度，利用第二激光功率计(11)测得经待测...

【专利技术属性】
技术研发人员：周少攀，薛彬，贺应红，闫兴涛，赵意意，吕娟，刘生润，陈国庆，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61