[發(fā)明專利]一種光柵衍射角譜自動測量系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010738785.8
• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN111766048B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余明;林慧;馬翠;賴厚湖
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳先進技術(shù)研究院
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 耿慧敏

本發(fā)明公開了一種光柵衍射角譜自動測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括激光源、掃描轉(zhuǎn)臺、樣品轉(zhuǎn)臺、光電傳感器、傳感器支架和光電信號檢測裝置，其中，所述激光源放置在高度可調(diào)的支架上，所述傳感器支架用于承載所述光電傳感器，所述樣品轉(zhuǎn)臺用于承載待測光柵，所述光電信號檢測裝置被配置為控制所述掃描轉(zhuǎn)臺和所述樣品轉(zhuǎn)臺以預定的旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)動，進而調(diào)整待測光柵的入射角并進行光柵衍射角譜掃描，獲得光柵衍射角譜測量結(jié)果。本發(fā)明能夠進行不同入射角下的衍射角譜測量，精確測量光柵各級次衍射效率和衍射級次之間的雜散光情況，準確反映衍射光、雜散光的量級差異。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學測量技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種光柵衍射角譜自動測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)

衍射光柵通過周期性的柵線將入射光衍射為多個級次，是一種重要的光學器件。如圖1所示，波長為λ的準直光束以一定角度入射于光柵后發(fā)生衍射，不同級次的衍射光在空間上具有不同的衍射角θ_m以及不同的衍射效率η_m(衍射光強除以入射光強)。衍射角譜指的是光柵衍射光隨角度的分布情況，它與光柵的微觀信息密切相關(guān)。首先，測量衍射角代入光柵方程，可以計算出光柵的柵線周期d；其次，通過不同級次衍射效率間的相對關(guān)系，可以反映出光柵的微觀槽型；再次，通過衍射級次之間的雜散光情況，可以反映光柵的表面粗糙度。因此，衍射角譜不僅可以直接反映光柵的光學性質(zhì)，還可以作為光柵微觀信息的間接評價手段。與掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)等微觀形貌測量方法相比，衍射角譜測量具有快速、無損的優(yōu)點，尤其是在評價光柵均勻性時，往往需要對光柵進行多點測量，衍射角譜測量的優(yōu)勢將更加突出。因此，設(shè)計光柵衍射角譜的測量系統(tǒng)具有重要意義。

在現(xiàn)有技術(shù)中，測量光柵工作級次的衍射效率，不能滿足衍射角譜測量的要求，如專利申請CN201711430637(一種光柵衍射效率測試系統(tǒng)及方法)和專利申請CN201611039171(光柵衍射效率光譜測量裝置和測量方法)。由于光柵用于色散時往往只使用特定的衍射級次(即工作級次，一般為+1級或-1級)，現(xiàn)有技術(shù)均是針對光柵工作級次衍射效率隨波長變化的關(guān)系進行測量，以評價光柵的有效波長范圍，但不能進行各級次衍射角、衍射效率的精確測量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種光柵衍射角譜自動測量系統(tǒng)，通過變換入射光波長，讓傳感器跟蹤各級次衍射光并測量其強度，以實現(xiàn)各級次衍射角、衍射效率的精確測量，解決自動掃描測試、高信噪比、高動態(tài)范圍的光電信號檢測等技術(shù)問題。

本發(fā)明提供一種光柵衍射角譜自動測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括激光源、掃描轉(zhuǎn)臺、樣品轉(zhuǎn)臺、光電傳感器、傳感器支架和光電信號檢測裝置，其中，所述激光源放置在高度可調(diào)的支架上，所述傳感器支架用于承載所述光電傳感器，所述樣品轉(zhuǎn)臺用于承載待測光柵，所述光電信號檢測裝置被配置為控制所述掃描轉(zhuǎn)臺和所述樣品轉(zhuǎn)臺以預定的旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)動，進而調(diào)整待測光柵的入射角并進行光柵衍射角譜掃描，獲得光柵衍射角譜測量結(jié)果。

在一個實施例中，所述傳感器支架上設(shè)有垂直槽道和水平槽道，分別用于調(diào)節(jié)所述光電傳感器的高度以及所述光電傳感器相對于待測光柵的水平距離。

在一個實施例中，光電信號檢測裝置包括電源模塊、信號調(diào)理模塊、主控單元，所述主控單元被設(shè)置為經(jīng)由第一電機控制所述掃描轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動并通過所述掃描轉(zhuǎn)臺內(nèi)置的角度傳感器獲取轉(zhuǎn)動角度信息，且所述主控單元被設(shè)置為經(jīng)由第二電機控制所述樣品轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動，所述信號調(diào)理電路被設(shè)置為將所述光電傳感器檢測到電信號經(jīng)處理轉(zhuǎn)換為適于傳遞至所述主控單元的信號，所述電源模塊用于向所述信號調(diào)理模塊和所述主控單元提供電力。

在一個實施例中，所述信號調(diào)理模塊包括依次連接的IV電路、放大電路、濾波電路、分壓電路和鉗位電路，所述IV電路用于將所述光電傳感器輸出的電流轉(zhuǎn)換為負壓，所述放大電路用于將所述IV電路輸出的負壓轉(zhuǎn)換為正壓，所述濾波電路用于濾除高于截止頻率的信號，所述分壓電路用于對輸入電壓進行分壓，所述鉗位電路用于使輸出電壓適于傳遞至所述主控單元進行AD轉(zhuǎn)換。