專利名稱：一種凹面光柵衍射效率的測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光譜技術(shù)領(lǐng)域中涉及的一種凹面光柵衍射效率的測試方法。
背景技術(shù)：
衍射效率是光柵最重要的技術(shù)指標，它直接影響光譜儀器的能量傳輸特性。對于 光柵的用戶來說，往往對所需求的光柵提出要求，要求光柵的衍射效率在某一波長λ的第 m級次的衍射效率必須達到規(guī)定的技術(shù)指標要求，因此光柵的研制和生產(chǎn)單位要進行光柵 衍射效率的測試。光柵衍射效率在測量中通常指相對衍射效率，即在給定波長和光譜級次情況下， 探測器接收到的光柵的衍射光通量與一塊具有與光柵相同孔徑的標準反射鏡的反射光通 量之比。衍射效率的測試目前均采用連續(xù)掃描法。與本發(fā)明最為接近的已有技術(shù)，是浙江 大學(xué)光學(xué)儀器系提出的平面光柵衍射效率連續(xù)掃描自動測試方法，該方法是在一套平面光 柵衍射效率測量裝置上實施的，該測量裝置光路結(jié)構(gòu)如圖1所示是由外光路、兩臺相同的 Littrow型單色器、探測器和微機系統(tǒng)組成。其中，外光路包括光源1、聚光鏡2 ；第一單色器 包括入射狹縫3、球面反射鏡4、分光光柵5、平面反射鏡6、殼體7、出射狹縫8 ；第二單色器 包括入射狹縫9、球面反射鏡10、待測平面光柵11、標準平面反射鏡12、平面反射鏡13、殼體 14、出射狹縫15、接收器16 ；外光路和第一單色器為測量提供單色光，第二單色儀是測量單 色儀，要求待測平面光柵11與分光光柵5的刻線密度相同，微機系統(tǒng)控制兩光柵相對于波 長λ同步轉(zhuǎn)動和標準平面反射鏡12自動移入移出測量光路。測量出待測平面光柵11的 衍射光通量和標準平面反射鏡12的反射光通量，依此求出平面光柵的衍射效率。該種測試方法存在的問題只能測量平面光柵的衍射效率，不能進行凹面光柵衍 射效率測試。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)存在的缺點，本發(fā)明的目的在于實現(xiàn)對凹面光柵衍射效率的測 量，特提出一種凹面光柵衍射效率的測試方法。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種凹面光柵衍射效率的測試方法。解決技術(shù)問題的技術(shù)方案為如圖2所示，包括步驟一，配備一套可進行凹面光柵 衍射效率測量的裝置和測量控制系統(tǒng)；步驟二，準備被測凹面光柵和標準凹面反射鏡；步 驟三，測量標準凹面反射鏡的反射光通量；步驟四，測量被測凹面光柵的衍射光通量；步驟 五，按光柵衍射效率的定義計算被測凹面光柵的衍射效率；具體如下步驟一、配備一套可進行凹面光柵衍射效率測量的裝置和測量控制系統(tǒng)；測量裝 置包括光源外光路、前置單色儀、測量單色儀，如圖3所示；其中，光源外光路包括鎢燈17、 氘燈18、聚光鏡19 ；前置單色儀包括入射狹縫20、凹面準直鏡21、分光光柵22、反射聚光鏡 23、光纖入孔24、殼體25 ；測量單色儀包括光纖26、光纖出孔27、入射光臂28、光柵轉(zhuǎn)臺29、 被測凹面光柵30、標準凹面反射鏡31、出射光臂32、殼體33、光電倍增管34 ；在光源外光路中，聚光鏡19的正下方兩側(cè)分別安置鎢燈17和氘燈18，該兩個光源先后發(fā)出的光線經(jīng)過聚 光鏡19反射后，在前置單色儀的入射狹縫20處聚焦并入射到前置單色儀中；在聚光鏡19 和入射狹縫20形成的光路光軸上，在前置單色儀殼體25內(nèi)安置有凹面準直鏡21，在其反 射平行光束方向上安裝分光光柵22，在分光光柵22的衍射光束傳播方向上置有反射聚光 鏡23，光纖入孔24中心位于前置單色儀的殼體25上，且在反射聚光鏡23的焦點上；在測 量單色儀殼體33內(nèi)，光纖出孔27置于入射光臂28上，并能在其上來回移動，在確定位置處 固定，入射光臂28的一端安裝在光柵轉(zhuǎn)臺29的底座上，從光纖出孔27出射的光束沿入射 光臂28指向光柵轉(zhuǎn)臺29，在光柵轉(zhuǎn)臺29上能固定放置標準凹面反射鏡31或被測凹面光柵 30，出射光臂32能繞著光柵轉(zhuǎn)臺29中心旋轉(zhuǎn)，在被測凹面光柵30的衍射光方向把出射光 臂32的位置固定下來，出射光臂32與入射光臂28之間有一定的夾角；光電倍增管34放置 在出射光臂32上，并能在其上來回移動，在確定位置處固定；測量控制系統(tǒng)包括控制器35、控制軟件程序和計算機操作界面；控制器35如圖 4所示，包括前置放大器36、程控放大器37、濾波器38、A/D轉(zhuǎn)換器39、單片機40、PC個人 計算機41、LED顯示器42、驅(qū)動模塊43、步進電機44 ；控制器35的信號源來自測量單色儀 中的光電倍增管34，前置放大器36接收到來自光電倍增管34的電信號以后，將信號放大， 傳送給程控放大器37，程控放大器37把接收到的信號放大到規(guī)定的范圍內(nèi)，傳送給濾波器 38，濾波器38把接收信號中的噪聲去掉，傳送給A/D轉(zhuǎn)換器39，A/D轉(zhuǎn)換器39將接收到的 模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號，傳送給單片機40，經(jīng)單片機40的初步運算處理后，將運算 處理結(jié)果傳送給PC個人計算機41，同時，對程控放大器37和A/D轉(zhuǎn)換器39進行控制，單 片機40控制驅(qū)動模塊43驅(qū)動步進電機44帶動光柵轉(zhuǎn)臺29轉(zhuǎn)動；根據(jù)衍射效率測量要求 和被測凹面光柵規(guī)格，設(shè)計的計算機操作界面如圖7所示，界面上方從左到右第一欄設(shè)置 測量波長范圍，包括起始波長、終止波長和波長間隔；第二欄設(shè)置分立波長，有10個常用測 量波長能夠選擇，還能自行設(shè)置5個測量波長，圖中涂黑框代表被選中的測量波長；第三欄 設(shè)置被測凹面光柵參數(shù)，包括刻線密度、閃耀波長和光柵的長度、寬度；第四欄包括光柵、反 射鏡和測量三個按鈕，在往測量裝置中擺放光柵時選擇光柵按鈕，擺放反射鏡時選擇反射 鏡按鈕，測量按鈕用來顯示測量狀態(tài)，測量完成時變成黑色；界面下方左側(cè)空白處記錄并顯 示標準凹面反射鏡的反射光通量測量值或被測凹面光柵的衍射光通量測量值，空白處的上 方有位置自動調(diào)整按鈕和緊急制動按鈕，開始測量時，點擊位置自動調(diào)整按鈕，在測量過程 中點擊緊急制動按鈕能立即停止測量；右側(cè)表格處用來顯示測量所得的光柵衍射效率，圖 中曲線代表測得的不同波長處光柵的衍射效率；為了控制光柵轉(zhuǎn)臺29在方位、俯仰和滾轉(zhuǎn) 三個自由度的調(diào)整，設(shè)計控制軟件程序如圖8所示，菱形框代表判斷條件，矩形框代表執(zhí)行 條件，當點擊計算機操作界面上位置自動調(diào)整按鈕時，程序自行判斷光柵轉(zhuǎn)臺29上被測凹 面光柵30或標準凹面反射鏡31在方位、俯仰和滾轉(zhuǎn)三個自由度上的角度，直到角度調(diào)整正 確，停止判斷，進入判斷測量對象流程，測量光柵時，需要先找到光柵閃耀波長位置，再進入 測量流程，測量反射鏡時，可以直接進入測量流程，從起始波長開始，程序依次記錄測量值， 直到到達終止波長，程序結(jié)束測量；步驟二、準備被測凹面光柵和標準凹面反射鏡；要求被測凹面光柵和標準凹面反 射鏡兩者的曲率半徑和通光孔徑相等，打開測試用電源、光源和計算機，待光源、計算機等 穩(wěn)定后方能測量；
步驟三、測量標準凹面反射鏡的反射光通量；打開測量單色儀，手動將標準凹面反 射鏡31放到光柵轉(zhuǎn)臺29上固定，根據(jù)被測凹面光柵的使用要求，設(shè)置光纖出孔27、光電倍 增管34分別在入射光臂28、出射光臂32上的確定位置數(shù)值，按圖8所示的控制程序流程控 制下，在操作界面上方前兩欄內(nèi)選擇測量波長及范圍、第三欄內(nèi)填寫被測光柵參數(shù)、選擇反 射鏡按鈕，設(shè)置完成后，單擊位置自動調(diào)整按鈕即開始測量，測量值將記錄在界面下方左側(cè) 空白處；步驟四、測量被測凹面光柵的衍射光通量；將被測凹面光柵30放置在光柵轉(zhuǎn)臺29 上放置標準凹面反射鏡31的位置上，保持步驟三中的設(shè)置不變，在操作界面上選擇光柵按 鈕，點擊位置自動調(diào)整按鈕開始測量，測量值將記錄在界面下方左側(cè)空白處；步驟五、按光柵衍射效率的定義，計算被測凹面光柵的衍射效率；即被測凹面光柵 的衍射光通量與標準凹面反射鏡的反射光通量之比，計算結(jié)果將顯示在界面下方右側(cè)表格 中。本發(fā)明工作原理說明光源發(fā)出的連續(xù)光譜經(jīng)聚光鏡19反射后通過入射狹縫20 進入前置單色儀中，經(jīng)凹面準直鏡21反射成平行光照射在分光光柵22上，經(jīng)分光光柵22 衍射后，其中波長為λ的單色光經(jīng)反射聚光鏡23聚焦到光纖入孔24處；根據(jù)被測凹面光 柵的使用要求，將光纖出孔27、出射光臂32和光電倍增管34分別固定，光柵轉(zhuǎn)臺29在控 制器35控制下可在方位、俯仰、滾轉(zhuǎn)三個自由度作精確調(diào)整；來自光纖出孔27的單色光照 在標準凹面反射鏡31或被測凹面光柵30上，經(jīng)光柵轉(zhuǎn)臺29精確調(diào)整后，反射光全部由光 電倍增管34接收；測量時，在操作界面上設(shè)置測量波長和被測凹面光柵30參數(shù)，設(shè)置完成 后，點擊界面上位置自動調(diào)整按鈕，便可進行反射光通量或衍射光通量的數(shù)據(jù)采集；由步驟 三的操作可以獲得標準凹面反射鏡31的反射光通量數(shù)據(jù)，由步驟四的操作可以獲得被測 凹面光柵30的衍射光通量數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)保存在界面下方左側(cè)空白處，同時，兩次測量的 對應(yīng)數(shù)據(jù)進行比值，得出此次凹面光柵衍射效率測量的結(jié)果，并將結(jié)果顯示在界面下方右 側(cè)表格欄內(nèi)。本發(fā)明的積極效果提供一種凹面光柵衍射效率的測試方法，能夠?qū)Σ煌拾?徑的凹面光柵進行衍射效率測量。


圖1是已有技術(shù)的測量方法的光路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明方法的步驟流程示意框圖；圖3是本發(fā)明方法中配備的凹面光柵衍射效率測量裝置光路結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明方法中配備的控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明方法中控制系統(tǒng)電路原理圖；圖6是本發(fā)明方法中控制系統(tǒng)與測量裝置連接示意圖；圖7是本發(fā)明方法中所設(shè)計的計算機操作界面的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明方法中設(shè)計的操作界面的控制程序流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明按技術(shù)方案設(shè)定的方法步驟流程框圖執(zhí)行，即按步驟一、步驟二、步驟三、步驟四和步驟五的方法步驟實施。其中，步驟一的測量裝置，圖3中的鎢燈17采用飛利浦 10W、6V，6605型鎢燈；氘燈18采用北京曙光明DL2. 5型氘燈；聚光鏡19、凹面準直鏡21、反 射聚光鏡23的基底材質(zhì)均采用K9光學(xué)玻璃，表面鍍鋁，焦距f = IOOmm ；入射狹縫20的材 質(zhì)采用45#鋼片，狹縫寬度可調(diào)范圍在0. 1 2mm，高度為5mm ；分光光柵22采用1200線/ 毫米的平面光柵；光纖26由南京春輝公司生產(chǎn)，型號為FSI-UV ；前置單色儀殼體25、測量 單色儀殼體33的材質(zhì)均采用鋁，厚度為6毫米壓制而成；入射光臂28、出射光臂32、光柵轉(zhuǎn) 臺29的主要材質(zhì)均采用鋁，光柵轉(zhuǎn)臺29的尺寸應(yīng)大于標準凹面反射鏡31和被測凹面光柵 30的尺寸；被測凹面光柵30為任意刻線數(shù)的凹面反射光柵；標準凹面反射鏡31的基底材 質(zhì)采用K9光學(xué)玻璃，表面鍍鋁；標準凹面反射鏡31的曲率半徑和通光孔徑與待測凹面光柵 的相同；光電倍增管34采用浙大濱松公司生產(chǎn)的R4632型光電倍增管。圖4所示的控制器 35中的各件，前置放大器36采用0P27放大器，程控放大器37采用PG202或PGA203放大器， 濾波器38采用MAX262濾波器，A/D轉(zhuǎn)換器39采用TLC2543轉(zhuǎn)換器、單片機40采用89C51單 片機、PC個人計算機41采用IBM兼容機、LED顯示器42采用八段LED顯示器、驅(qū)動模塊43 采用北京斯達特公司生產(chǎn)的SH-2H057模塊，步進電機44采用蘇州生產(chǎn)的FL57STH76-02A 步進電機；在配備的凹面光柵衍射效率測量裝置和測量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進一步按步驟 二、步驟三、步驟四、步驟五規(guī)定的方法實施。
權(quán)利要求
一種凹面光柵衍射效率測試方法，其特征在于包括步驟一，配備一套可進行凹面光柵衍射效率測量的裝置和測量控制系統(tǒng)；步驟二，準備被測凹面光柵和標準凹面反射鏡；步驟三，測量標準凹面反射鏡的反射光通量；步驟四，測量被測凹面光柵的衍射光通量；步驟五，按光柵衍射效率的定義計算被測凹面光柵的衍射效率；具體如下步驟一、配備一套可進行凹面光柵衍射效率測量的裝置和測量控制系統(tǒng)；測量裝置包括光源外光路、前置單色儀、測量單色儀；其中，光源外光路包括鎢燈(17)、氘燈(18)、聚光鏡(19)；前置單色儀包括入射狹縫(20)、凹面準直鏡(21)、分光光柵(22)、反射聚光鏡(23)、光纖入孔(24)、殼體(25)；測量單色儀包括光纖(26)、光纖出孔(27)、入射光臂(28)、光柵轉(zhuǎn)臺(29)、被測凹面光柵(30)、標準凹面反射鏡(31)、出射光臂(32)、殼體(33)、光電倍增管(34)；在光源外光路中，聚光鏡(19)的正下方兩側(cè)分別安置鎢燈(17)和氘燈(18)，該兩個光源先后發(fā)出的光線經(jīng)過聚光鏡(19)反射后，在前置單色儀的入射狹縫(20)處聚焦并入射到前置單色儀中；在聚光鏡(19)和入射狹縫(20)形成的光路光軸上，在前置單色儀殼體(25)內(nèi)安置有凹面準直鏡(21)，在其反射平行光束方向上安裝分光光柵(22)，在分光光柵(22)的衍射光束傳播方向上置有反射聚光鏡(23)，光纖入孔(24)中心位于前置單色儀的殼體(25)上，且在反射聚光鏡(23)的焦點上；在測量單色儀殼體(33)內(nèi)，光纖出孔(27)置于入射光臂(28)上，并能在其上來回移動，在確定位置處固定，入射光臂(28)的一端安裝在光柵轉(zhuǎn)臺(29)的底座上，從光纖出孔(27)出射的光束沿入射光臂(28)指向光柵轉(zhuǎn)臺(29)，在光柵轉(zhuǎn)臺(29)上能固定放置標準凹面反射鏡(31)或被測凹面光柵(30)，出射光臂(32)能繞著光柵轉(zhuǎn)臺(29)中心旋轉(zhuǎn)，在被測凹面光柵(30)的衍射光方向把出射光臂(32)的位置固定下來，出射光臂(32)與入射光臂(28)之間有一定的夾角；光電倍增管(34)放置在出射光臂(32)上，并能在其上來回移動，在確定位置處固定；測量控制系統(tǒng)包括控制器(35)、控制軟件程序和計算機操作界面；控制器(35)包括前置放大器(36)、程控放大器(37)、濾波器(38)、A/D轉(zhuǎn)換器(39)、單片機(40)、PC個人計算機(41)、LED顯示器(42)、驅(qū)動模塊(43)、步進電機(44)；控制器(35)的信號源來自測量單色儀中的光電倍增管(34)，前置放大器(36)接收到來自光電倍增管(34)的電信號以后，將信號放大，傳送給程控放大器(37)，程控放大器(37)把接收到的信號放大到規(guī)定的范圍內(nèi)，傳送給濾波器(38)，濾波器(38)把接收信號中的噪聲去掉，傳送給A/D轉(zhuǎn)換器(39)，A/D轉(zhuǎn)換器(39)將接收到的模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號，傳送給單片機(40)，經(jīng)單片機(40)的初步運算處理后，將運算處理結(jié)果傳送給PC個人計算機(41)，同時，對程控放大器(37)和A/D轉(zhuǎn)換器(39)進行控制，單片機(40)控制驅(qū)動模塊(43)驅(qū)動步進電機(44)帶動光柵轉(zhuǎn)臺(29)轉(zhuǎn)動；根據(jù)衍射效率測量要求和被測凹面光柵規(guī)格，設(shè)計的計算機操作界面，界面上方從左到右第一欄設(shè)置測量波長范圍，包括起始波長、終止波長和波長間隔；第二欄設(shè)置分立波長，有10個常用測量波長能夠選擇，還能自行設(shè)置5個測量波長，圖中涂黑框代表被選中的測量波長；第三欄設(shè)置被測凹面光柵參數(shù)，包括刻線密度、閃耀波長和光柵的長度、寬度；第四欄包括光柵、反射鏡和測量三個按鈕，在往測量裝置中擺放光柵時選擇光柵按鈕，擺放反射鏡時選擇反射鏡按鈕，測量按鈕用來顯示測量狀態(tài)，測量完成時變成黑色；界面下方左側(cè)空白處記錄并顯示標準凹面反射鏡的反射光通量測量值或被測凹面光柵的衍射光通量測量值，空白處的上方有位置自動調(diào)整按鈕和緊急制動按鈕，開始測量時，點擊位置自動調(diào)整按鈕，在測量過程中點擊緊急制動按鈕能立即停止測量；右側(cè)表格處用來顯示測量所得的光柵衍射效率，曲線代表測得的不同波長處光柵的衍射效率；為了控制光柵轉(zhuǎn)臺(29)在方位、俯仰和滾轉(zhuǎn)三個自由度的調(diào)整，設(shè)計的控制軟件程序中，菱形框代表判斷條件，矩形框代表執(zhí)行條件，當點擊計算機操作界面上位置自動調(diào)整按鈕時，程序自行判斷光柵轉(zhuǎn)臺(29)上被測凹面光柵(30)或標準凹面反射鏡(31)在方位、俯仰和滾轉(zhuǎn)三個自由度上的角度，直到角度調(diào)整正確，停止判斷，進入判斷測量對象流程，測量光柵時，需要先找到光柵閃耀波長位置，再進入測量流程，測量反射鏡時，可以直接進入測量流程，從起始波長開始，程序依次記錄測量值，直到到達終止波長，程序結(jié)束測量；步驟二、準備被測凹面光柵和標準凹面反射鏡；要求被測凹面光柵和標準凹面反射鏡兩者的曲率半徑和通光孔徑相等，打開測試用電源、光源和計算機，待光源、計算機等穩(wěn)定后方能測量；步驟三、測量標準凹面反射鏡的反射光通量；打開測量單色儀，手動將標準凹面反射鏡(31)放到光柵轉(zhuǎn)臺(29)上固定，根據(jù)被測凹面光柵的使用要求，設(shè)置光纖出孔(27)、光電倍增管(34)分別在入射光臂(28)、出射光臂(32)上的確定位置數(shù)值，在控制程序流程控制下，在操作界面上方前兩欄內(nèi)選擇測量波長及范圍、第三欄內(nèi)填寫被測光柵參數(shù)、選擇反射鏡按鈕，設(shè)置完成后，單擊位置自動調(diào)整按鈕即開始測量，測量值將記錄在界面下方左側(cè)空白處；步驟四、測量被測凹面光柵的衍射光通量；將被測凹面光柵(30)放置在光柵轉(zhuǎn)臺(29)上放置標準凹面反射鏡(31)的位置上，保持步驟三中的設(shè)置不變，在操作界面上選擇光柵按鈕，點擊位置自動調(diào)整按鈕開始測量，測量值將記錄在界面下方左側(cè)空白處；步驟五、按光柵衍射效率的定義，計算被測凹面光柵的衍射效率；即被測凹面光柵的衍射光通量與標準凹面反射鏡的反射光通量之比，計算結(jié)果將顯示在界面下方右側(cè)表格中。
全文摘要
一種凹面光柵衍射效率測試方法，屬于光譜技術(shù)領(lǐng)域中涉及的一種光柵衍射效率測試方法。要解決的技術(shù)問題是提供一種凹面光柵衍射效率測試方法。解決技術(shù)問題的技術(shù)方案是包括步驟一，配備一套可進行凹面光柵衍射效率測量的裝置和測量控制系統(tǒng)；步驟二，準備被測凹面光柵和標準凹面反射鏡；步驟三，測量標準凹面反射鏡的反射光通量；步驟四，測量被測凹面光柵的衍射光通量；步驟五，按光柵衍射效率的定義計算被測凹面光柵的衍射效率；該方法操作簡單，測量結(jié)果穩(wěn)定可靠。
文檔編號G01M11/04GK101957257SQ20101027731
公開日2011年1月26日 申請日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者于宏柱, 吳娜, 唐玉國, 寇婕婷, 巴音賀希格, 齊向東 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所