本發(fā)明涉及平面光柵衍射效率光譜的測量領(lǐng)域，特別是一種原位時間分辨光柵衍射效率光譜的測量裝置和方法。

背景技術(shù)：

衍射光柵作為重要的色散元件，在光譜分析、強激光、集成電路、光通信、光學(xué)精密測量等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，而衍射效率光譜是光柵最重要的性能指標(biāo)之一，光柵衍射效率光譜的準(zhǔn)確測量對于評價光柵的性能、改進光柵的加工工藝有著重要的意義。目前國際上普遍采用的光柵衍射效率光譜測量儀器[1,2]的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括光源1、單色器2、光闌3、起偏器4、分束器5、參考光探測器6、待測光柵固定機架7、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤8、待測光柵9、探測器連接桿10和測試光探測器11，基于該測量系統(tǒng)，光柵衍射效率光譜測量的主要過程如下：

①在激光光源關(guān)閉的情況下測量參考光探測器和測試光探測器的暗場強度值；

②打開激光光源，在光路中不放置樣品，使測試光束照射在積分球上，然后被測試光探測器所收集；

③把單色器的工作波長設(shè)置為λ1，然后測量參考光探測器和測試光探測器的明場強度值；

④把單色器的工作波長依次設(shè)置為λ2,λ3……λn，分別重復(fù)步驟③，得到各個波長下參考光探測器和測試光探測器的明場強度值；

⑤在測試光束中安裝待測光柵，把單色器的工作波長設(shè)置為λ1，然后用該單色光照射待測光柵，接著旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤通過連桿把測試光探測器旋轉(zhuǎn)到待測光柵在波長λ1照射下衍射光束的出射方向處，最后測量此時參考光探測器和測試光探測器的信號強度值；

⑥把單色器的工作波長依次設(shè)置為λ2,λ3……λn，分別重復(fù)步驟⑤，得到各個波長下參考光探測器和測試光探測器的信號強度值；

⑦根據(jù)參考光探測器和測試光探測器的暗場強度值，以及在各個波長下的明場強度值和信號強度值，分別計算波長為λ1,λ2,λ3……λn時光柵的衍射效率，進而得到待測光柵的衍射效率光譜。

這種裝置和方法可以比較準(zhǔn)確的完成光柵衍射效率光譜的測量，但是其主要缺點是在測量過程中，單色器內(nèi)部的機械結(jié)構(gòu)和固定測試光探測器的機械轉(zhuǎn)盤需要斷斷續(xù)續(xù)的完成不連續(xù)的間歇運動，因而光柵衍射效率光譜的測試速度比較緩慢，如為得到800nm-1100nm波段范圍內(nèi)的光譜曲線，往往需要3-5分鐘左右的時間，而在實際的光柵衍射效率光譜的測試過程中，為了觀察光柵衍射效率的光譜特性在溫度、濕度、激光損傷等環(huán)境因素下的動態(tài)變化情況，需要光柵衍射效率光譜能夠在較短的時間內(nèi)完成，目前普遍采用的測試裝置和方法顯然是無法勝任的。

參考文獻：

[1]k.he,j.p.wang,y.q.hou,x.li,h.y.guan,f.y.kong,etal.,"high-spectral-resolutioncharacterizationofbroadbandhigh-efficiencyreflectiongratings,"appliedoptics,vol.52,pp.653-658,2013.

[2]l.yang,"specializedscatterometrymethodsfortwotypesofgratingswithdistinctgrooveprofiles,"modelingaspectsinopticalmetrologyv,vol.9526,2015.

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有光柵衍射效率光譜測量裝置和測量方法中存在的問題，本發(fā)明專利提供一種原位時間分辨光柵衍射效率光譜的測量裝置和方法。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種原位時間分辨光柵衍射效率光譜的測量裝置，其特點在于，包括超連續(xù)譜激光光源、濾波器、光闌、偏振片、分束器、參考光高速探測器、待測光柵、聚焦透鏡、積分球、測試光高速探測器和快電子學(xué)組件；

沿所述的超連續(xù)譜激光光源的光束出射方向依次放置所述的聲光濾波器、光闌、偏振片和分束器，該分束器將入射光束分為反射光束和透射光束，該反射光束作為參考光束，在該參考光束傳播方向是所述的參考光高速探測器，所述的透射光束作為測試光束，在該測試光束傳播方向是待測光柵，測試光束經(jīng)所述衍射光柵衍射后，入射到所述的聚焦透鏡，經(jīng)該聚焦透鏡聚焦后，射入所述的積分球后，漫反射光被所述的測試光高速探測器接收，該測試光高速探測器的輸出端與所述的快電子學(xué)組件的第一輸入端相連，所述的參考光高速探測器的輸出端與所述的快電子學(xué)組件的第二輸入端相連，所述的濾波器的輸出端與所述的快電子學(xué)組件的第三輸入端相連。

所述的濾波器為聲光濾波器或液晶可調(diào)諧濾波器。

所述的原位時間分辨測量光柵衍射效率光譜的測量裝置進行測量的方法，其特點在于，該方法包括以下步驟：

①在超連續(xù)譜激光光源關(guān)閉的情況下測量參考光高速探測器和測試光高速探測器的暗場強度值；

②在光路中不放置待測光柵，使測試光束直接經(jīng)過聚焦透鏡后照射在積分球上；

③設(shè)濾波器的出射波長為λ1，然后測量參考光高速探測器和測試光高速探測器的明場強度值，分別記為和

④設(shè)濾波器的出射波長依次為λ2,λ3……λn，分別重復(fù)步驟③，得到各個波長下參考光高速探測器(13)和測試光高速探測器的明場強度值，分別記為和和和

⑤在光路中放置待測光柵，并將聚焦透鏡、積分球和測試光高速探測器放置于衍射光束的出射方向處；

⑥設(shè)濾波器的出射波長為λ1，用該單色光照射待測光柵，然后測量參考光高速探測器和測試光高速探測器的信號強度值，分別記為和

⑦設(shè)濾波器的出射波長依次為λ2,λ3……λn，分別重復(fù)步驟⑥，得到各個波長下參考光高速探測器和測試光高速探測器的信號強度值，分別記為和和和

⑧根據(jù)參考光高速探測器和測試光高速探測器的暗場強度值，以及在各個波長下的明場強度值和信號強度值，按照如下公式，分別計算波長為λ1,λ2,λ3……λn時待測光柵的衍射效率：

⑨根據(jù)衍射效率繪制待測光柵的衍射效率光譜曲線，完成光柵衍射效率光譜的測量。

與現(xiàn)有普遍采用的光柵衍射效率光譜的測量方法相比(在測量過程中，單色器內(nèi)部的機械組件和固定測試光探測器的轉(zhuǎn)盤需要斷斷續(xù)續(xù)的完成間歇不連續(xù)的運動，因而光柵衍射效率光譜的測試速度比較緩慢，如對于800nm-1100nm波段范圍內(nèi)衍射效率光譜的測量，大約需要3-5分鐘左右的時間)，本發(fā)明在光柵衍射效率光譜的測量過程中，由于不存在任何機械部件的運動(波長是通過聲光濾波器來調(diào)節(jié)的，衍射光束是通過聚焦透鏡和積分球來組合收集的)，因而可以大大提高光柵衍射效率光譜的測量速度(對于800nm-1100nm波段范圍內(nèi)衍射效率光譜的測量，最快可以在1秒鐘內(nèi)完成)，可應(yīng)用于溫度、濕度以及激光輻照損傷等因素變化下光柵衍射效率光譜的動態(tài)測量環(huán)境中。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有光柵衍射效率光譜的測量裝置示意圖；

圖2是本發(fā)明專利提出的光柵衍射效率光譜的測量裝置示意圖；

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。

實施例1：

圖2是基于本發(fā)明專利的思想，構(gòu)建的原位時間分辨光柵衍射效率光譜測量裝置的結(jié)構(gòu)圖，光源采用fianium超連續(xù)譜激光器，單色器12采用cti的aotf聲光濾波器，光闌3采用thorlabs公司id20接桿安裝可變光闌，起偏器4采用thorlabs公司的lpvis050-mp2形線偏振片，分束器5采用thorlabs公司的cm1-bp145b2籠式立方體安裝的薄膜分束器，參考光高速探測器13采用newport的12ghzgaas探測器，聚焦透鏡14選用thorlabs的雙凸透鏡，積分球15和測試光探測器16采用newport的819c系列ingaas探測器，其他機械部件均由上海聯(lián)誼光纖激光器公司定制完成。

一種原位時間分辨光柵衍射效率光譜的測量裝置，包括超連續(xù)譜激光光源1，聲光濾波器12，光闌3，偏振片4，分束器5，參考光高速探測器13，待測光柵9，聚焦透鏡14，積分球15、測試光高速探測器16和快電子學(xué)組件17。超連續(xù)譜激光光源1用于為測量系統(tǒng)提供復(fù)色激光光源，聲光濾波器12用于把復(fù)色光源轉(zhuǎn)化成單色的入射光束，光闌3用于過濾雜散光和調(diào)節(jié)入射光束的孔徑，偏振片4用于產(chǎn)生測量所需要偏振態(tài)的線偏振光，分束器5用于把入射光束分成一束參考光和一束測試光，參考光高速探測器13用于測量參考光束的光強，聚焦鏡14和積分球15用于收集光柵9的衍射光束，測試光高速探測器16用來測量衍射光束的強度，快電子學(xué)組件17用于遠程控制聲光濾波器12、參考光高速探測器13和測試光高速探測器16，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的功能。

一種原位時間分辨光柵衍射效率光譜的測量方法，包括以下步驟：

①在激光光源關(guān)閉的情況下測量參考光高速探測器和測試光高速探測器的暗場強度值；

②在光路中不放置樣品，使測試光束直接經(jīng)過聚焦透鏡后照射在積分球上；

③把聲光濾波器的出射波長設(shè)置為λ1，然后測量參考光高速探測器和測試光高速探測器的明場強度值，分別記為和

④把聲光濾波器的出射波長依次設(shè)置為λ2,λ3……λn，分別重復(fù)步驟③，得到各個波長下參考光高速探測器和測試光高速探測器的明場強度值，分別記為和和和

⑤在測試光束中安裝待測光柵，接著把聚焦透鏡、積分球和測試光高速探測器放置于衍射光束的出射方向處；

⑥把聲光濾波器的出射波長設(shè)置為λ1，用該單色光照射待測光柵，然后測量參考光高速探測器和測試光高速探測器的信號強度值，分別記為和

⑦把聲光濾波器的出射波長依次設(shè)置為λ2,λ3……λn，分別重復(fù)步驟⑥，得到各個波長下參考光高速探測器和測試光高速探測器的信號強度值，分別記為和和和

⑧根據(jù)參考光高速探測器和測試光高速探測器的暗場強度值，以及在各個波長下的明場強度值和信號強度值，按照如下公式，分別計算波長為λ1,λ2,λ3……λn時待測光柵的衍射效率：

⑨根據(jù)繪制待測光柵的衍射效率光譜曲線，完成光柵衍射效率光譜的測量。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。