專利名稱：一種新型光柵檢測(cè)光學(xué)成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)儀器設(shè)計(jì)領(lǐng)域，涉及一種新型光柵檢測(cè)光學(xué)成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
衍射光柵作為光學(xué)儀器的一種核心單元器件，它有著二百多年的燦爛歷史和傳統(tǒng) 的應(yīng)用范圍。當(dāng)時(shí)的主要用途十分明確，即通過(guò)它來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)色光的空間分離。近年來(lái)，隨著 微加工技術(shù)的不斷發(fā)展，微光學(xué)領(lǐng)域的研究熱潮方興未艾，這促使光柵的應(yīng)用范圍得到了 前所未有的拓展。它不僅應(yīng)用于光譜分析，在計(jì)量學(xué)、天文學(xué)、量子光學(xué)、集成光學(xué)、光通訊、 信息處理和慣性約束激光核聚變等諸領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景更是倍受世人關(guān)注。光柵光譜具有高的分辨本領(lǐng)、高的信噪比和無(wú)鬼線，這就要求光柵有優(yōu)良的質(zhì)量， 艮口，要求光柵基坯(基底材料和光學(xué)面形)好，真空鍍膜質(zhì)量好，刻槽精度高等。實(shí)際光柵能 否達(dá)到理想的質(zhì)量指標(biāo)，以及找出造成質(zhì)量下降的原因等都要通過(guò)一系列的測(cè)量來(lái)判斷?，F(xiàn)有的檢測(cè)光路可以滿足光柵分辨率、衍射效率等的測(cè)量，但從結(jié)構(gòu)形式來(lái)看過(guò) 于復(fù)雜，檢測(cè)時(shí)光路的調(diào)試很難很費(fèi)時(shí)，并且檢測(cè)大光柵時(shí)一套檢測(cè)系統(tǒng)所需的經(jīng)費(fèi)就要 幾十萬(wàn)甚至上百萬(wàn)。如圖1所示，現(xiàn)有的光柵分辨率檢測(cè)系統(tǒng)包括入射狹縫、球面準(zhǔn)直鏡、球面成像鏡 和探測(cè)器，此系統(tǒng)中用了兩個(gè)球面反射鏡，一個(gè)用于會(huì)聚光束的準(zhǔn)直，另一個(gè)用于平行光束 的會(huì)聚成像。兩個(gè)球面鏡的應(yīng)用不但加大了檢測(cè)成本，同時(shí)也使光路的調(diào)試變得很復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型光柵檢測(cè)光學(xué)成像系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，成 本低。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種新型光柵檢測(cè)光學(xué)成像系統(tǒng)，包括入射狹縫、45°轉(zhuǎn)向棱鏡、球面準(zhǔn)直成像鏡 和探測(cè)器，所述入射狹縫置于球面準(zhǔn)直成像鏡的焦點(diǎn)處，所述45°轉(zhuǎn)向棱鏡置于球面準(zhǔn)直 成像鏡的光軸上；通過(guò)入射狹縫的光束經(jīng)過(guò)45°轉(zhuǎn)向棱鏡后射入球面準(zhǔn)直成像鏡，經(jīng)球面 準(zhǔn)直成像鏡準(zhǔn)直后變成平行光射向被檢光柵，再由被檢光柵衍射后重新進(jìn)入球面準(zhǔn)直成像 鏡，此時(shí)球面準(zhǔn)直成像鏡將光束會(huì)聚到45°轉(zhuǎn)向棱鏡，最后光束經(jīng)由45°轉(zhuǎn)向棱鏡成像到 探測(cè)器上。本發(fā)明的有益效果是該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，成本低；檢測(cè)精度高，環(huán)境穩(wěn) 定性好。


圖1為現(xiàn)有光柵分辨率檢測(cè)光路圖。圖2為本發(fā)明光柵分辨率檢測(cè)光路圖。圖3為圖2中45°轉(zhuǎn)向棱鏡的放大圖。
圖4為本發(fā)明光柵分辨率檢測(cè)光路最終像面處的線擴(kuò)散函數(shù)。圖5為本發(fā)明光柵分辨率檢測(cè)光路最終像面處的點(diǎn)列圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖2和圖3所示，本發(fā)明光柵檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)包括入射狹縫、45°轉(zhuǎn)向棱鏡、球面 準(zhǔn)直成像鏡和探測(cè)器，光束由入射狹縫進(jìn)入45°轉(zhuǎn)向棱鏡，經(jīng)45°轉(zhuǎn)向棱鏡轉(zhuǎn)射到球面準(zhǔn) 直成像鏡，球面準(zhǔn)直成像鏡將光束準(zhǔn)直后射入被檢光柵，經(jīng)被檢光柵衍射后回到球面準(zhǔn)直 成像鏡，再由球面準(zhǔn)直成像鏡成像到探測(cè)器上，最后分析探測(cè)器上所成的像，可以得到被檢 光柵的分辨率。在此過(guò)程中球面準(zhǔn)直成像鏡有兩個(gè)作用1)把從入射狹縫出射的光束準(zhǔn)直成平 行光；2)把從被檢光柵衍射回來(lái)的平行光會(huì)聚成像到像面。
上述45°轉(zhuǎn)向棱鏡一般用K9玻璃，球面準(zhǔn)直成像鏡采用K9玻璃或微晶玻璃；入 射狹縫的精度為0. 003mm，其調(diào)節(jié)范圍為0. OOlmm 0. 5mm。本發(fā)明只用了 一塊球面準(zhǔn)直成像鏡與被檢光柵本身形成自準(zhǔn)直光路，便達(dá)到了檢 測(cè)光柵分辨率的目的。本發(fā)明依據(jù)光柵的衍射原理實(shí)現(xiàn)了光路的自準(zhǔn)直的設(shè)計(jì)，依靠一塊球面準(zhǔn)直成像 鏡反射，與光柵的衍射實(shí)現(xiàn)了光路的自準(zhǔn)直。由此得到光柵本身質(zhì)量的好壞，同時(shí)，大大降 低了光路調(diào)試的時(shí)間及制作調(diào)試檢測(cè)光路所需的費(fèi)用。本發(fā)明具有檢測(cè)精度高、環(huán)境穩(wěn)定 性好的特點(diǎn)，特別適用于大型光柵分辨率的測(cè)試。球面準(zhǔn)直成像鏡面形精度RMS優(yōu)于1/50 λ，此面形精度下，光學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)果與實(shí)際 光柵檢測(cè)結(jié)果非常接近。如圖4和圖5所示，本發(fā)明在進(jìn)行光柵分辨率檢測(cè)時(shí)，用低壓汞燈光源提供 435.811111處兩條細(xì)分譜線，兩條譜線相差為0.000611111。根據(jù)光柵分辨本領(lǐng)公式A=
ΑΛ
其中，λ表示波長(zhǎng)，Δ λ表示光譜帶寬，則圖4和圖5所示光柵的分辨本領(lǐng)A = 435. 8nm/0. 0006nm = 726333. 3。通過(guò)圖4線擴(kuò)散函數(shù)、圖5點(diǎn)列圖可以看出光柵檢測(cè)光學(xué) 系統(tǒng)能夠滿足分辨率為726333. 3的光柵的測(cè)試。本發(fā)明依靠一塊球面準(zhǔn)直成像鏡反射，與被檢光柵的衍射實(shí)現(xiàn)了光路的自準(zhǔn)直。 因?yàn)槭欠瓷涫焦饴匪圆淮嬖谏?，并且本光路校正了球差、像散、彗差，能夠滿足光柵分 辨率的測(cè)試。本發(fā)明測(cè)試成本低，測(cè)試分辨率高、環(huán)境穩(wěn)定性好，測(cè)試波段廣。
權(quán)利要求
一種新型光柵檢測(cè)光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括入射狹縫、45°轉(zhuǎn)向棱鏡、球面準(zhǔn)直成像鏡和探測(cè)器，所述入射狹縫置于球面準(zhǔn)直成像鏡的焦點(diǎn)處，所述45°轉(zhuǎn)向棱鏡置于球面準(zhǔn)直成像鏡的光軸上；通過(guò)入射狹縫的光束經(jīng)過(guò)45°轉(zhuǎn)向棱鏡后射入球面準(zhǔn)直成像鏡，經(jīng)球面準(zhǔn)直成像鏡準(zhǔn)直后變成平行光射向被檢光柵，再由被檢光柵衍射后重新進(jìn)入球面準(zhǔn)直成像鏡，此時(shí)球面準(zhǔn)直成像鏡將光束會(huì)聚到45°轉(zhuǎn)向棱鏡，最后光束經(jīng)由45°轉(zhuǎn)向棱鏡成像到探測(cè)器上。
2.如權(quán)利要求1所述的新型光柵檢測(cè)光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于，所述45°轉(zhuǎn)向棱鏡 由K9玻璃制成，所述球面準(zhǔn)直成像鏡由K9玻璃或微晶玻璃制成。
3.如權(quán)利要求1所述的新型光柵檢測(cè)光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于，所述入射狹縫的精 度為0. 00 3mm,其調(diào)節(jié)范圍為0. OOlmm 0. 5mm。
全文摘要
本發(fā)明光柵檢測(cè)光學(xué)成像系統(tǒng)涉及光學(xué)儀器設(shè)計(jì)領(lǐng)域，該系統(tǒng)包括入射狹縫、45°轉(zhuǎn)向棱鏡、球面準(zhǔn)直成像鏡和探測(cè)器，入射狹縫置于球面準(zhǔn)直成像鏡的焦點(diǎn)處，45°轉(zhuǎn)向棱鏡置于球面準(zhǔn)直成像鏡的光軸上；通過(guò)入射狹縫的光束經(jīng)過(guò)45°轉(zhuǎn)向棱鏡后射入球面準(zhǔn)直成像鏡，經(jīng)球面準(zhǔn)直成像鏡準(zhǔn)直后變成平行光射向被檢光柵，再由被檢光柵衍射后重新進(jìn)入球面準(zhǔn)直成像鏡，此時(shí)球面準(zhǔn)直成像鏡將光束會(huì)聚到45°轉(zhuǎn)向棱鏡，最后光束經(jīng)由45°轉(zhuǎn)向棱鏡成像到探測(cè)器上。本發(fā)明的有益效果是該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，成本低；檢測(cè)精度高，環(huán)境穩(wěn)定性好。
文檔編號(hào)G01M11/02GK101839801SQ201010152259
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者何煦, 崔繼承, 陳琦, 韓冰, 馬洪濤 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所