[發明專利]一種用于檢測衍射光柵指標的裝置及方法

在審

• 申請號: 201711368927.0
• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN109932161A
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 趙惠忠
• 申請（專利權）人: 聚譜（北京）科技有限公司
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種用于檢測衍射光柵指標的裝置，包括：

光源發射單元，用于發射測試光柵所需一定波長范圍的復合光，包括光源以及光源聚光鏡組件；

單色及成像單元，設置在所述光源發射出復合光的光路上，包含入射狹縫、準直鏡、衍射光柵、衍射光柵夾具、衍射光柵轉臺、成像物鏡、轉折物鏡、轉折物鏡轉臺以及出射狹縫，所述衍射光柵夾具位于所述衍射光柵轉臺上， 所述入射狹縫、所述準直鏡、所述衍射光柵、所述成像物鏡、所述轉折物鏡和所述出射狹縫中心線位于同一水平線上，且相互之間保持確定的距離與角度，當采用單個波長測試時，將通過所述轉折物鏡轉臺對所述轉折物鏡進行切換；

探測單元，包含用于接收所述成像物鏡反射來的衍射光譜或者接收通過所述出射狹縫出射后的單色光的探測器，所述探測器包含用于光譜陣列檢測的CCD相機以及用于單波長測試的光電接收器；

數據處理單元，用于獲取所述探測單元的數據并進行歸類、分析以及數據處理；

控制單元，用于控制所述光源發射單元、所述單色及成像單元、所述探測單元以及所述數據處理單元。

2.根據權利要求1所述的用于檢測衍射光柵指標的裝置，其特征在于：

其中，所述光源包括但不限于具有一定波長范圍的氘燈、鎢燈、氙燈、元素燈、LED以及可調諧激光器。

3.根據權利要求1所述的用于檢測衍射光柵指標的裝置，其特征在于：

其中，所述衍射光柵與所述衍射光柵夾具相互獨立，可進行所述衍射光柵的互換。

4.根據權利要求1所述的用于檢測衍射光柵指標的裝置，其特征在于：

其中，所述轉折物鏡包括但不限于球面反射鏡、平面鏡、部分反射鏡、半透半反鏡、非球面鏡。

5.利用權利要求1所述的用于檢測衍射光柵指標的裝置檢測衍射光柵的方法，其特征在于該方法包含如下步驟：

步驟一、檢測裝置初始化：

1）將光源發射單元、單色及成像單元、探測單元、數據處理單元以及控制單元按照功能順序連接好，將待測衍射光柵放置入衍射光柵夾具處，衍射光柵轉臺以及轉折物鏡轉臺的初始位置調回零位；

2）啟動光源，單色及成像單元初始化，調整待測衍射光柵位置使其零級光譜通過出射狹縫，并與出射狹縫中心重合；

3）驅動衍射光柵轉臺，設置波長位置為656.1nm，判斷氘燈656.1nm的光譜是否與出射狹縫中心重合，否則調整衍射光柵位置，最終實現656.1nm與出射狹縫中心重合；

步驟二，模型建立與標定：

1）依據整理后的光柵方程：

其中，λ為波長，d為光柵槽距，k為光柵衍射級次，A為臂長，δ為入射光和衍射光夾角，γ為斜塊角度，通過選擇衍射光柵轉臺角度對應的絲桿長度L實現波長的自動設定；

2）光譜帶寬與雜散光比例系數確認

依據理想光柵對應的輸出帶寬與雜散光關系：

式中，是次峰光通量與主峰光通量之比，λ_M是入射單色光的波長；λ是被測雜散光的波長；λ_W是測量儀器的輸出帶寬；λ_B是被測光柵的閃耀波長；N是光柵總刻線數；

通過測試的大小，可確認系數c是否滿足約定范圍，并記錄測試數值；

3）衍射光柵總雜散光表達式建立

衍射光柵槽距均方差σ²設定為b =σ²/2d²，滿足下面表達式：

衍射光柵槽深度的隨機誤差均方根差為σ_h²，滿足下面表達式：

衍射光柵小尺度的隨機表面粗糙度均方差為(ασ_γ)²，滿足下面表達式：

式中，q為狹縫高度，f為測量儀器的焦距；

總雜散光是所有影響因素的代數和，整理如下：

4）衍射光柵標定

以220nm處測試NaI雜散光為例，進行標定描述，測試220nm與25nm兩波長位置顯示其波長數值，重復3次測試，取其平均值為：

根據以上測試數據，建立一個模型如下：

步驟三，衍射光柵指標檢測：

同上步驟二中4）的描述，同樣以220nm處測試NaI雜散光為例，進行衍射光柵指標檢測描述：

1）利用控制單元驅動衍射光柵轉臺以及數據處理單元，測試220nm為中心波長時裝置對應的儀器輸出帶寬λ_W；

2）分別測試波長為226nm、230nm、235nm以及240nm對應的雜散光數值S226、S230、S235、S240；

3）重復2）步驟，區別在于測試波長為225nm到250nm之間任意4個波長點，但波長間隔要求大于4nm；

4）將所測衍射光柵已知參數N和d以及裝置參數q、f代入所建模型中，利用最小二乘法對所測雜散光數值S226、S230、S235、S240與所建模型進行逐次擬合，同時用225nm到250nm之間任意4個波長點的測試數值與擬合數值進行對比驗證，如果擬合值不存在躍遷變化，所測數值具有合理性；

5）通過多項式組合反演，得到所測衍射光柵指標分別為槽距均方差σ²、槽深度隨機誤差均方根差為σ_h²、小尺度隨機表面粗糙度均方差為。