[發明專利]檢測凹面光柵分辨率和衍射效率的裝置及方法

有效

• 申請號: 201410318029.4
• 申請日: 2014-07-04
• 公開（公告）號: CN104101485B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 蘇仰慶;黃元申;楊海馬;王光斌;黃運柏
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司31204
• 代理人: 郁旦蓉

技術領域

本發明屬于光譜技術領域，具體涉及一種檢測凹面光柵分辨率和衍射效率的裝置和測試方法。

背景技術

光柵是一種非常重要并且應用極其廣泛的高分辨率的色散光學元件，廣泛地應用于單色儀、光譜分析、光通信技術和光計量技術等科學領域。自從光柵研制成功且大量應用后，其幾乎代替了以前的棱鏡而作為新一代的光譜儀器的色散元件，光柵的精度及其衍射波長等因素對天文、航天、醫藥、地質等科學技術領域有著深刻的影響。分辨率和衍射效率是光柵非常重要的技術性能指標，光柵分辨率和衍射效率的高低將直接影響儀器的性能。凹面光柵同時集準直、色散和聚焦于一體，不僅使得光能損失大為減小，而且大大簡化了光譜儀的裝置，使整個光譜儀變得小巧輕便。

光柵分辨率是衡量一塊光柵能夠分開的最小譜線間隔Δλ的一個重要指標。一般對光柵分辨率的測量有以下三種方法：已知譜線對測量法、人工雙線測量法、譜線半寬度測定法，前兩種方法所用設備較復雜，經濟成本較高，而且均不能完全評估整塊光柵的分辨本領，目前廣泛應用的是譜線半寬度測定法。

譜線半寬度測定法是一種將瑞利判據作為判斷依據的測試方法。由瑞利判據，分辨率體現在當某一條譜線的衍射圖樣的主極大與另一條譜線的衍射圖樣的第一極小值重合時，就說明這兩條相鄰譜線是可以被分辨的。半寬度測定法就是利用光電掃描法測量記錄出實驗所得譜線的輪廓，把譜線峰值半高處所對應的譜線寬度作為光柵的分辨極限。這種測量方法比較簡單，易于進行定量測定，并能夠同時得到數據和曲線圖樣，另外這種方法可以得到光柵的一條完整的光譜曲線圖樣，從而可以通過觀察曲線次極大峰值伴線的強弱來判斷光柵的好壞，這也是其它測量方法無法獲得的信息。

凹面光柵衍射效率包括絕對衍射效率和相對衍射效率的檢測，前者定義為單色入射光在給定光譜級次中的衍射光通量與同一單色光入射光通量的比值，后者定義為在給定光譜級次中單色衍射光通量與同一單色光經相同鍍層特性的標準反射鏡的光通量的比值。本發明實現的是凹面光柵相對衍射效率的檢測。

目前國內外多數的光學系統的精確裝調均需要添加多種光學輔助元件，裝調程序比較繁瑣，各個裝調環節的影響較大，增加了裝調難度，對實驗裝調者的經驗依賴度較大。另外，目前凹面光柵分辨率的檢測方法中，物方距離和像方距離無法自由調整，基本都是把特定參數的光柵用特定的系統進行檢測，而凹面光柵的種類較多，致使檢測工作繁重。

發明內容

為解決上述問題，本發明采用了如下技術方案：

本發明提供了一種檢測凹面光柵分辨率和衍射效率的裝置，具有這樣的特征，包括：

單色光發射單元，用于發射單色光，包含順序連接的光源以及單色儀；成像單元，設置在單色光的光路上，包含透鏡、狹縫、凹面光柵、標準反射鏡、凹面光柵夾具、光柵轉臺、承載光柵轉臺的第一轉臺，凹面光柵夾具位于光柵轉臺上，光柵轉臺設置在第一轉臺的底座上，透鏡、狹縫和凹面光柵中心線位于同一水平線上，且相互之間保持一定距離；探測單元，包含用于接收單色光經成像單元后所形成的衍射光譜或者反射光譜的探測器，夾持探測器的探測器夾具，承載探測器夾具的第二轉臺以及覆蓋成像單元和探測單元的暗箱；處理單元，用于獲取探測單元的數據并且進行記錄、分析以及處理；控制單元，用于控制單色光發射單元、成像單元、探測單元以及處理單元；其中，凹面光柵和標準反光鏡位于裝置中的同一位置，當檢測分辨率時，采用所述凹面光柵，當檢測衍射效率時，在檢測完畢凹面光柵衍射光通量后，選擇更換標準反射鏡，凹面光柵夾具和光柵轉臺獨立分開，第一轉臺和第二轉臺相互獨立，分別用電機控制，用于根據不同的物方距離和像方距離調節所述凹面光柵和所述探測器的位置，探測器包含用于分辨率檢測的CCD照相機以及用于衍射效率檢測的光功率計。

在本發明提供的檢測凹面光柵分辨率和衍射效率的裝置中，還可以具有這樣的特征：光源和單色儀均采用光纖輸出。

在本發明提供的檢測凹面光柵分辨率和衍射效率的裝置中，還可以具有這樣的特征：單色光光譜范圍為350nm-700nm，測量波長精度為1nm。

一種檢測凹面光柵分辨率和衍射效率的方法，其特征在于，包含下列步驟：

步驟1.將單色光發射單元、成像單元、探測單元、處理單元以及控制按照順序連接好，光柵轉臺和探測器轉臺的初始位置調回零位；

步驟2.打開光源、初始化單色儀，調整凹面光柵位置使其零級光譜和狹縫中心重合；

步驟3.轉動凹面光柵初調光束，使其按設計的入射角入射，調整探測器感光面位置和凹面光柵的中心在同一水平面；