大口径光栅衍射效率光谱及其均匀性的测量装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术设计了一种大口径光栅衍射效率光谱及其均匀性的测量装置和方法，该装置中包括激光光源、光阑、偏振片、分束器、参考光探测器、二维扫描机构、聚焦透镜、积分球和测试光探测器，沿激光传播方向依次设置光阑、偏振片和分束器，分束器将入射光束分为参考光束和测试光束，参考光束照射在参考光探测器上，测试光束照射在待测光栅上，经过该衍射光栅衍射后，入射到聚焦透镜，经聚焦透镜聚焦后射入积分球，漫反射光被测试光探测器接收。本发明专利技术装置及方法可以对大口径光栅的衍射效率光谱及其均匀性进行准确的测量，同时可以在较短的时间内完成测量，并且本发明专利技术构建的测量系统具有结构紧凑，造价成本低的优点。

Measuring Device and Method for Diffraction Efficiency Spectrum and Uniformity of Large-aperture Grating

The device includes laser source, aperture, polarizer, beam splitter, reference light detector, two-dimensional scanning mechanism, focusing lens, integrating sphere and test light detector. The aperture, polarizer and beam splitter are arranged in turn along the direction of laser propagation, and the beam splitter divides the incident beam. For reference beam and test beam, the reference beam is irradiated on the reference light detector, and the test beam is irradiated on the grating to be measured. After the diffraction grating is diffracted, it is incident to the focusing lens. After the focusing lens is focused, it is injected into the integrating sphere, and the diffuse reflection light is received by the test light detector. The device and method of the invention can accurately measure the diffraction efficiency spectrum and its uniformity of large-aperture gratings, and can complete the measurement in a relatively short time. The measurement system of the invention has the advantages of compact structure and low cost.

【技术实现步骤摘要】
大口径光栅衍射效率光谱及其均匀性的测量装置和方法
本专利技术属于光栅衍射效率光谱测量
，尤其涉及一种大口径光栅衍射效率光谱及其均匀性的测量装置和方法。
技术介绍
大口径光栅(对角线尺寸达到米级)在基于惯性约束核聚变的高功率啁啾脉冲放大系统、大口径天文望远镜、精密位移测量、纳米压印光刻以及其他诸多科学
中起着至关重要的作用，而大口径范围内的衍射效率光谱及其均匀性是大口径光栅最重要的性能指标之一，大口径内衍射效率光谱的准确测量对于评价大口径光栅的性能、改进其加工工艺有着重要的意义。对于目前国际上普遍采用的大口径光栅衍射效率测量装置，基于该测量系统，大口径光栅衍射效率测量的方法可以比较准确的完成大口径光栅衍射效率的测量，但其只能测量单个波长位置处(如1053nm)大口径光栅的衍射效率及其均匀性，这是由于入射波长变化时衍射光的传播方向会发生变化的原因。为了测量大口径光栅在特定波段范围(如900-1100nm)的衍射效率光谱及其均匀性，一种比较直观的方法是根据目前国际上常见的小口径光栅衍射效率光谱的测量装置和测量方法，构建大口径光栅衍射效率光谱及其均匀性的改进测量装置。这种装置能够在单色器的工作波长改变时，通过旋转转盘，把测试光探测器旋转到不同波长激光的衍射方向处。但是其主要的缺点时在测量过程中，单色器内部的机械结构和固定测试光探测器的机械转盘需要断断续续的完成不连续的间歇运动，因而测试速度相当缓慢，如测量大口径光栅单个物理位置处在900-1100nm波段范围的衍射效率光谱，通常需要5-8分钟的时间，那么如果要测量尺寸为1000×500mm的大口径光栅，按照采样距离为10mm来计算，一共5000个采样点，测量总共需要20天左右的时间；另外一个缺点是测量系统非常庞大，造价非常昂贵。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种大口径光栅衍射效率光谱及其均匀性的测量装置和方法，能快速测量大口径光栅的衍射效率光谱及其均匀性，并且结构紧凑，造价成本低。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：首先提供一种大口径光栅衍射效率光谱及其均匀性的测量装置，包括激光光源、光阑、偏振片、分束器、参考光探测器、聚焦透镜、积分球和测试光探测器，沿激光传播方向依次设置光阑、偏振片和分束器，分束器将入射光束分为参考光束和测试光束，参考光束照射在参考光探测器上，测试光束照射在待测光栅上，经过该衍射光栅衍射后，入射到聚焦透镜，经聚焦透镜聚焦后射入积分球，漫反射光被测试光探测器接收。光阑用于过滤杂散光和调节入射激光束的孔径，偏振片用于产生测量所需要偏振态的线偏振光，参考光探测器用于测量参考光束的光强，聚焦透镜和积分球用于收集待测光栅的衍射光束，测试光探测器用来测量衍射光束的强度。按上述技术方案，还包括快电子学组件，用于远程控制滤波器、参考光探测器和测试光探测器，实现数据采集和数据处理。按上述技术方案，还包括二维扫描机构，二维扫描机构由载物台、竖直方向的光学精密位移台、水平方向的光学精密位移台组成，二维扫描机构用于移动待测大口径光栅样品依次测得大口径光栅各个位置的衍射效率光谱，竖直方向的光学精密位移台和水平方向的光学精密位移台分别经步进电机控制器与计算机相连。按上述技术方案，还包括滤波器，所述激光光源为超连续谱激光光源，滤波器设置在超连续谱激光光源与光阑之间。超连续谱激光光源用于为测量系统提供复色激光光源，滤波器用于把复色光源转化成单色的入射光束。按上述技术方案，滤波器为液晶可调谐滤波器或声光滤波器。本专利技术还提供一种大口径光栅衍射效率光谱及其均匀性的测量方法。包括以下步骤：①在激光光源关闭的情况下测量参考光探测器和测试光探测器的暗场强度值；②在光路中不放置待测光栅，使测试光束直接经过聚焦透镜后照射在积分球上；③把滤波器的出射波长设置为λ1，然后测量参考光探测器和测试光探测器的明场强度值，分别记为和④把滤波器的出射波长依次设置为λ2,λ3……λn，分别重复步骤③，得到各个波长下参考光探测器和测试光探测器的明场强度值，分别记为和和……和⑤在测试光路中安装待测光栅，接着把聚焦透镜、积分球和测试光探测器放置于衍射光束的出射方向处；使入射光照射在待测光栅的起始点上；⑥把滤波器的出射波长设置为λ1，用该单色光照射待测光栅，然后测量参考光探测器和测试光探测器的信号强度值，分别记为和⑦把滤波器的出射波长依次设置为λ2,λ3……λn，分别重复步骤⑥，得到各个波长下参考光探测器和测试光探测器的信号强度值，分别记为和和……和⑧根据参考光探测器和测试光探测器的暗场强度值，以及在各个波长下的明场强度值和信号强度值，按照如下公式，分别计算波长为λ1,λ2,λ3……λn时待测光栅在该测量位置处的衍射效率值：⑨利用二维扫描机构竖直方向的光学精密位移台和水平方向的光学精密位移台，将入射光斑移动到大口径光栅下一个测量点的位置，重复步骤⑥、⑦、⑧，计算大口径光栅样品在下一测量点的衍射效率；根据衍射效率λ1,λ2,λ3……λn，绘制待测光栅在该点的衍射效率光谱曲线。⑩重复步骤⑨，使扫描路径覆盖大口径光栅的整个工作区域，从而完成大口径光栅衍射效率的测量。并根据测得的衍射效率绘制待测光栅在各点处的衍射效率光谱曲线，完成光栅衍射效率光谱的测量。按上述技术方案，所述步骤⑤中，使入射光照射在待测光栅的起始点上，具体通过移动二维扫描机构竖直方向的光学精密位移台和水平方向的光学精密位移台实现。本专利技术产生的有益效果是：(1)本专利技术装置及方法可以对大口径光栅的衍射效率光谱及其均匀性进行准确的测量，同时可以在较短的时间内完成测量(对于尺寸为1000×500mm的大口径光栅，现有的测量方法需要20天左右的时间，本方法仅需要3小时左右即可完成测量)。(2)与现有大口径光栅衍射效率光谱及其均匀性的测量装置和测量方法相比，本专利技术构建的测量系统具有结构紧凑，造价成本低的优点。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术实施例大口径光栅衍射效率光谱及其均匀性的测量装置示意图；图2是大口径光栅衍射效率的测量装置中的二维扫描机构的三维结构图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术的一个实施例中，如图1所示，一种大口径光栅衍射效率光谱的测量装置，如图1所示，包括超连续谱激光光源1、滤波器2、光阑3、偏振片4、分束器5、参考光高速探测器6、待测光栅9、聚焦透镜13、积分球14、测试光高速探测器7、快电子学组件15和二维扫描机构8。超连续谱激光光源1用于为测量系统提供复色激光光源，声光滤波器2用于把复色光源转化成单色的入射光束，光阑3用于过滤杂散光和调节入射光束的孔径，偏振片4用于产生测量所需要偏振态的线偏振光，分束器5用于把入射光束分成一束参考光和一束测试光，参考光高速探测器6用于测量参考光束的光强，聚焦镜13和积分球14用于收集光栅9的衍射光束，测试光高速探测器7用来测量衍射光束的强度。快电子学组件远程控制声光滤波器2、参考光高速探测器6和测试光高速探测器7，实现数据采集和数据处理。二维扫描机构8由载物台10、竖直方向的光学精密本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大口径光栅衍射效率光谱及其均匀性的测量装置，其特征在于，包括激光光源、光阑、偏振片、分束器、参考光探测器、聚焦透镜、积分球和测试光探测器，沿激光传播方向依次设置光阑、偏振片和分束器，分束器将入射光束分为参考光束和测试光束，参考光束照射在参考光探测器上，测试光束照射在待测光栅上，经过该衍射光栅衍射后，入射到聚焦透镜，经聚焦透镜聚焦后射入积分球，漫反射光被测试光探测器接收。

【技术特征摘要】
1.一种大口径光栅衍射效率光谱及其均匀性的测量装置，其特征在于，包括激光光源、光阑、偏振片、分束器、参考光探测器、聚焦透镜、积分球和测试光探测器，沿激光传播方向依次设置光阑、偏振片和分束器，分束器将入射光束分为参考光束和测试光束，参考光束照射在参考光探测器上，测试光束照射在待测光栅上，经过该衍射光栅衍射后，入射到聚焦透镜，经聚焦透镜聚焦后射入积分球，漫反射光被测试光探测器接收。2.根据权利要求1所述的大口径光栅衍射效率光谱及其均匀性的测量装置，其特征在于，还包括快电子学组件，用于远程控制滤波器、参考光探测器和测试光探测器，实现数据采集和数据处理。3.根据权利要求1或2所述的大口径光栅衍射效率光谱及其均匀性的测量装置，其特征在于，还包括二维扫描机构，二维扫描机构由载物台、竖直方向的光学精密位移台、水平方向的光学精密位移台组成，二维扫描机构用于移动待测大口径光栅样品，竖直方向的光学精密位移台和水平方向的光学精密位移台分别经步进电机控制器与计算机相连。4.根据权利要求1或2所述的大口径光栅衍射效率光谱及其均匀性的测量装置，其特征在于，还包括滤波器，所述激光光源为超连续谱激光光源，滤波器设置在超连续谱激光光源与光阑之间。5.根据权利要求4所述的大口径光栅衍射效率光谱及其均匀性的测量装置，其特征在于，滤波器为液晶可调谐滤波器或声光滤波器。6.基于权利要求1-5任一项的一种大口径光栅衍射效率光谱及其均匀性的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：①在激光光源关闭的情况下测量参考光...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏志林，朱宇，邵建达，刘世杰，王圣浩，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42