一种成像菲涅尔波带片的衍射效率检测装置及其检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术主要提供一种成像菲涅尔波带片的衍射效率检测装置，一种成像菲涅尔波带片的衍射效率检测装置，包括激光器，激光器的光路上依次设有

【技术实现步骤摘要】
一种成像菲涅尔波带片的衍射效率检测装置及其检测方法


[0001]本专利技术涉及薄膜衍射成像
，具体而言，特别涉及一种成像菲涅尔波带片的衍射效率检测装置及其检测方法
。
本专利技术适用于分光棱镜
、
分光片和菲涅尔波带片等理论值与实际值像差较大的光学元件的检测
。

技术介绍

[0002]近年来，薄膜衍射成像技术同时具有超大口径
、
厚度薄
、
轻量化
、
加工周期短
、
成本低
、
易于展开与折叠等特点，已成为未来轻量化大口径天基望远镜的重要发展方向
。
[0003]薄膜衍射光学成像是以薄膜基底衍射光学元件作为光学成像系统主镜的一种新型成像方法
。
薄膜衍射成像主要成像元件有菲涅尔波带片
(Fresnel zone plates
，
FZP)、
光子筛
、
复合型波带片以及拼接波带片
。
其中，菲涅尔波带片具有超轻薄
、
可折叠等优点，适用于远程激光通信技术
、
光测距和宇航技术中
。
[0004]FZP
是蚀刻有一系列同心环带微纳亚结构的超轻薄光学透镜，这些环带结构能够将入射光线会聚于某一共同焦点处
。
由于
FZP
环带的连续相位面形难以加工，实际采用台阶方式逼近连续相位面形，其衍射效率主要取决于台阶数
>。
图3为
FZP
台阶结构理想衍射效率
。
[0005]FZP
多台阶环带结构理想衍射效率计算公式如下式1所示
。
[0006][0007]其中
N
为
FZP
环带结构的台阶数，
λ0为设计波长，
λ
为工作波长，
m
为衍射级次
。
[0008]由于加工水平的限制导致环带结构缺陷，成像菲涅尔波带片的实际衍射效率远小于理论值，
FZP
成像系统中非成像衍射级光将会成为主级成像级光的强背景噪声，造成目标图像分辨率低，使图像质量严重退化
。
[0009]因此，需要设计一种应用于光学成像系统的菲涅尔波带片衍射效率检测装置，以便检测成像
FZP
实际的衍射效率，本专利技术设计对后续提高其衍射效率进而提高成像系统图像质量具有重要意义
。

技术实现思路

[0010]本专利技术解决的问题是：由于加工水平的限制导致
FZP
环带结构缺陷，其实际衍射效率远小于理论值，
FZP
成像系统中非成像衍射级光将会成为主级成像级光的强背景噪声，造成目标图像分辨率低，使图像质量严重退化
。
本专利技术的目的在于设计并提供一种测量菲涅尔波带片实际衍射效率的检测装置，利用激光器
、
衰减片
、
透镜
、CCD
相机等成像主体以及计算机控制系统实施成像菲涅尔波带片衍射效率的检测，掌握其实际衍射效率，为后续提高光学实验过程中的衍射效率提供前提条件
。
[0011]本专利技术的解决方案是：
[0012]一种成像菲涅尔波带片的衍射效率检测装置，包括激光器，激光器的光路上依次设有
、
小孔
、
第一衰减片
、
第二衰减片
、
分光片；
[0013]分光片的主光路上和反射路上，设有菲涅尔波带片
、
第一透镜
、
第二透镜中一个，主光路最后进入第一
CCD
相机；反射路最后进入第二
CCD
相机；
[0014]第一
CCD
相机
、
第二
CCD
相机均分别连接外部触发和计算机控制系统
。
[0015]本专利技术以计算机控制系统作为本检测装置的基本控制单元；激光器
、
小孔
、
第一衰减片
、
第二衰减片
、
分光片
、
菲涅尔波带片和第一透镜
、
第二透镜以及第一
CCD
相机
、
第二
CCD
相机等组成的系统主体部分；所述的控制单元包括外部触发以及计算机控制两部分
。
[0016]在进行菲涅尔波带片实际衍射效率的测量之前，首先进行检测装置中分光片的实际分光比的测量
。
先分光片的主光路上采用第一透镜，反射路上设第二透镜
。
即分光比检测装置由激光器
、
小孔
、
第一衰减片
、
第二衰减片
、15
°
的分光片
、
第一透镜和第二透镜
、
第一
CCD
相机
、
第二
CCD
相机和外部触发以及计算机控制系统组成
。
激光器发出的平行光束经过小孔和第一衰减片和第二衰减片后到达分光片，分光片将平行光束透射后形成主光路光束，主光路光束再经过第一透射后到达第一
CCD
相机成像；同时，分光片还会将平行光束反射，以与入射光束成
30
°
的角度出射，形成反射路，反射路光束再经过第二透镜进入第二
CCD
相机成像
。
通过上述分光比检测装置可以准确的检测光通信系统中分光片的实际分光比
。
本专利技术的具体步骤为：
[0017]步骤1：激光器电流设置为
0.65A
，外部触发频率为
100Hz
，高电平
Vpp
＝
12V
，曝光时间为
40ms
，相机靶面为
256
×
256
；
[0018]步骤2：首先分光片的主光路上采用第一透镜，反射路上设第二透镜，进行分光片的实际分光比的检测得到分光比检测装置实验平台；
[0019]步骤3：调节光路使第一
CCD
相机和第二
CCD
相机分别位于第一透镜和第二透镜成像焦点处，分别采集
20000
组实验数据；
[0020]步骤4：在步骤3的基础上遮住第一
CCD
相机和第二
CCD
相机，采集相机背景数据，与步骤3相同，第一
CCD
相机和第二
CCD
相机分别采集
20000
组实验数据；
[0021]步骤5：取下相机遮挡物，交换第一透镜和第二透镜的位置并重新聚焦，与步骤3相同，再次采集
20000
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种成像菲涅尔波带片的衍射效率检测装置，其特征在于，包括激光器
(1)
，激光器
(1)
的光路上依次设有
、
小孔
(2)、
第一衰减片
(3)、
第二衰减片
(4)、
分光片
(5)
；分光片
(5)
的主光路上和反射路上，设有菲涅尔波带片
(6)、
第一透镜
、
第二透镜
(9)
中一个，主光路最后进入第一
CCD
相机
(7)
；反射路最后进入第二
CCD
相机
(10)
；第一
CCD
相机
(7)、
第二
CCD
相机
(10)
均分别连接外部触发
(8)
和计算机控制系统
(11)。2.
一种成像菲涅尔波带片的衍射效率检测方法，其特征在于，采用权利要求1所述的一种成像菲涅尔波带片的衍射效率检测装置，所述的检测方法，包括以下步骤：步骤1：激光器
(1)
电流设置为
0.65A
，外部触发
(8)
频率为
100Hz
，高电平
Vpp
＝
12V
，曝光时间为
40ms
，相机靶面为
256
×
256
；步骤2：首先分光片
(5)
的主光路上采用第一透镜，反射路上设第二透镜
(9)
，进行分光片
(5)
的实际分光比的检测得到分光比检测装置实验平台；步骤3：调节光路使第一
CCD
相机
(7)
和第二
CCD
相机
(10)
分别位于第一透镜和第二透镜
(9)
成像焦点处，分别采集
20000
组实验数据；步骤4：在步骤3的基础上遮住第一
CCD
相机
(7)
和第二
CCD
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李嘉勋，文良华，刘汉奎，李灿，程翔，魏桂明，周桂宇，
申请(专利权)人：宜宾学院，
类型：发明
国别省市：