CN101441111B - 一种带有ccd多色器的光栅衍射效率测试仪 - Google Patents

Abstract

一种带有CCD多色器的光栅衍射效率测试仪，属于光谱技术领域中涉及的一种光栅衍射效率测试仪。要解决的技术问题是：提供一种带有CCD多色器的光栅衍射效率测试仪。解决的技术方案为包括光源模块、测量单色器、后置CCD多色器。光源模块壳体和后置CCD多色器壳体分别固定在测量单色器壳体右侧的两边，形成两个封闭的腔体；光源模块的腔体通过入射狭缝与测量单色器的腔体相通，后置CCD多色器的腔体通过出射狭缝与测量单色器的腔体相通；光源模块为测量系统提供光源，测量单色器提供被测光栅的衍射光强度和参考平面反射镜的反射光强度，两种光强度先后通过出射狭缝进入到后置CCD多色器内，经后置CCD多色器的读取后，测得光栅的衍射效率。测试仪结构简单、性能稳定、操作方便。

Description

一种带有CCD多色器的光栅衍射效率测试仪

技术领域：

本发明属于光谱技术领域中涉及的一种带有CCD多色器的光栅衍射效率测试仪。

背景技术：

在物理光学上光栅是重要的分光色散元件，而光栅的衍射效率是光栅的非常重要的技术性能参数，它直接影响光谱仪器的能量传输特性。对于光栅的用户来说，光栅的衍射效率是有严格要求的，同一块光栅对于某一波长入的不同级次的衍射效率是不同的。因此，光栅的客户往往对所需求的光栅提出要求，要求光栅的衍射效率在某一波长入的第m级次的衍射效率必须达到规定的技术指标要求，比如70％以上。所以光栅的研制和生产单位，对它所研制、生产出的光栅要进行光栅衍射效率的测试。

世界上研制或生产光栅的国家，对光栅的衍射效率都建立了相应的测试方法，研制出测试仪器，在测试仪器中普遍采用两台单色仪的结构形式，与本发明最为接近的己有技术，是美国光谱物理公司光栅实验室采用的衍射效率测量仪，如图1所示：包括光源外光路、前置单色仪、测量单色器、控制系统。光源外光路包括：光源1、第一聚光镜2和第二聚光镜9；前置单色仪包括：前置单色仪入射狭缝3、第一准直镜4、光栅5、第一成像物镜6、平面反射镜7、前置单色仪出 射狭缝8、前置单色仪壳体19，测量单色器包括测量单色器入射狭缝10、第二准直镜11、被测光栅12或参考平面反射镜13、第二成像物镜14、测量单色器出射狭缝15、测量单色器壳体18；控制系统包括：光电倍增管16、控制器17。

从图1所示的结构可知，光源外光路和前置单色仪的作用是为测量单色器提供单色光源，控制器17控制前置单色仪中的光栅5和测量单色器中的被测光栅12的连续转动角速度，以保证前置单色仪与测量单色器输出同一波长的单色光。被测光栅12和参考平面反射镜13在同一位置快速地相互置换，以保证光电倍增管16在较短的时间间隔内接收到分别由被测光栅12产生的衍射光和参考平面反射镜13的反射光在光电倍增管产生的电流并计算它们的比值。当光栅5和被测光栅12转动到下一个波长时，相对于波长λ同步转动得到不同波长的衍射效率的测定值。

该种结构装置存在的问题：控制系统很复杂，主要体现在因被测光栅的刻线密度不是固定的，所以前置单色仪中的光栅和被测光栅的波长同步精度不易保证；被测光栅和参考平面反射镜互相置换后，都需要在一个较小的范围内进行微小调整，以保证光栅的衍射光和参考平面反射镜的反射光完全进入到光电倍增管中被接收；受前置单色仪的限制，只能测量固定波长范围的衍射效率。

发明内容：

为了克服已有技术存在的缺点，本发明的目的在于：在测试仪器中由原来采用两块光栅谐调匹配变为采用一块光栅工作，从而大大简化机械和控制系统结构，减少手工操作量，降低工作强度，缩短测量时间，提高工作效率，为此，特设计一种光栅衍射效率测试仪。

本发明要解决的技术问题是：提供一种带有CCD多色器的光栅衍射效率测试仪。

解决技术问题的技术方案如图2所示，包括光源模块、测量单色器、后置CCD多色器。其中所述的光源模块包括光源模块壳体21、第一反射聚光镜22、钨灯23、氘灯24；所述的测量单色器包括入射狭缝25、测量单色器壳体26、第一凹面准直镜27、转台28、参考平面反射镜29、被测光栅30、第二反射聚光镜31、出射狭缝32；所述的后置CCD多色器包括平面反射镜33、后置CCD多色器壳体34、第二凹面准直镜35、光栅36、第三反射聚光镜37、CCD接收器38。

光源模块壳体21和后置CCD多色器壳体34分别固定在测量单色器壳体26右侧的两边，形成两个封闭的腔体；光源模块的腔体通过测量单色器的入射狭缝25与测量单色器的腔体相通，后置CCD多色器的腔体通过测量单色器的出射狭缝32与测量单色器的腔体相通；在光源模块壳体21内，在第一反射聚光镜22反射面的左方置有光源钨灯23和氘灯24，该两个光源先后发出的光线依次经过第一反射聚光镜22反射后，通过入射狭缝25传入到测量单色器内；在第一反射聚光镜22和入射狭缝25形成的光路光轴上，在测量单色器壳体26内置有第一凹面准直镜27，在第一凹面准直镜27反射平行光束上安装有转台28，在转台28上放置参考平面反射镜29。在参考平面反射镜29的反射光束传播的方向上，置有第二反射聚光镜31，出射狭缝32形成的光路光轴上，在平面反射镜33的反射光束的光轴上置有第二凹面准直镜35，在第二凹面准直镜35反射光束上置有光栅36，在光栅36的衍射光传播方向上置有第三反射聚光镜37，在第三反射聚光镜37的反射光束的传播方向上置有CCD接收器38。

工作原理说明：首先需要准备与被测光栅相同尺寸的反射镜作为参考平面反射镜，将参考平面反射镜29放到转台28的上面，根据被测量波长调整第一反射聚光镜22，使得钨灯23或者氘灯24成像在入射狭缝25处。透过入射狭缝25，入射光线照射到第一凹面准直镜27上形成平行光，平行光线经过转台28上面的参考平面反射镜29改变传播方向照射到第二反射聚光镜31上，经聚焦到出射狭缝32；出射的光线进入后置CCD多色器首先照射到平面反射镜33上，经平面反射镜33反射后改变方向照射到第二凹面准直镜35上，经第二凹面准直镜35反射，变成平行光线照射到光栅36上，被分成不同波长的单色光按不同的衍射角度出射，再经过第三反射聚光镜37反射将不同颜色的光照射到CCD接收器38的接收面上，经过读取CCD的数据可以得到连续波长的参考平面反射镜的反射光强度；然后将参考平面反射镜29与被测光栅30置换，将被测光栅30放到转台28的放置参考平面反射镜29的位置上，其他部件不动，由第一凹面准直镜27照射过来的平行光照射到转台28上面的被测光栅30上，转动转台28，使被测光栅30转动，使需要测量波长的衍射光照射到第二反射聚光镜31上，再经过出射狭缝32、平面反射镜33、第二凹面准直镜35、光栅36、第三反射聚光镜37，最后到达CCD接收器38的特定位置，该位置只与该光线的波长有关；经过读取CCD数据，可以得到被测光栅的被测波长衍射光强度。按需要继续转动转台28，重复上述步骤测量下一个被测波长的衍射光强度，最后将得到的衍射光强度与参考平面反射镜的相同位置反射光强度相除，即得到需要测量的被测光栅的衍射效率。

本发明的积极效果：无需在测量过程中多次切换被测光栅和参考平面反射镜，一次读数即可获得全部参考平面反射镜的反射光强度，测量被测光栅的被测波长时，相当于传统的扫描式单色器，该光栅效率测试仪结构简单、工作可靠、操作方便。

附图说明：

图1是已有技术的结构示意图

图2是本发明的结构示意图

具体实施方式：

本发明按图2所示的结构实施，其中，

钨灯23采用飞利浦10W、6V，6605型钨灯。

氘灯24采用北京曙光明DL2.5型氘灯。

第一反射聚光镜22、第一凹面准直镜27、第二反射聚光镜31。平面反射镜33、第二凹面准直镜35、第三反射聚光镜37的材质均采用K9玻璃并镀铝膜。

入射狭缝25、出射狭缝32的宽度为0.1mm，高度为10mm。

光栅36采用1200线/毫米的平面光栅。

CCD接收器38采用日本滨松公司的S3901-1024NMOS芯片。

光源模块壳体21、测量单色器壳体26、后置CCD多色器壳体34的材质均采用铝，厚度为10毫米压制而成，光源模块壳体21和后置CCD多色器壳体34与测量单色器壳体26通过螺钉连接，转台28的材质采用铝，尺寸应大于参考平面反射镜和被测光栅的尺寸。

Claims (1)

1.一种带有CCD多色器的光栅衍射效率测试仪，包括测量单色器，所述的测量单色器包括入射狭缝(25)、测量单色器壳体(26)、第一凹面准直镜(27)、转台(28)、参考平面反射镜(29)、第二反射聚光镜(31)、出射狭缝(32)；其特征在于还包括光源模块和后置CCD多色器；所述的光源模块包括光源模块壳体(21)、第一反射聚光镜(22)、钨灯(23)、氘灯(24)；所述的后置CCD多色器包括平面反射镜(33)、后置CCD多色器壳体(34)、第二凹面准直镜(35)、光栅(36)、第三反射聚光镜(37)、CCD接收器(38)；光源模块壳体(21)和后置CCD多色器壳体(34)分别固定在测量单色器壳体(26)右侧的两边，形成两个封闭的腔体；光源模块的腔体通过测量单色器的入射狭缝(25)与测量单色器的腔体相通，后置CCD多色器的腔体通过测量单色器的出射狭缝(32)与测量单色器的腔体相通；在光源模块壳体(21)内，在第一反射聚光镜(22)反射面的左方置有光源钨灯(23)和氘灯(24)，该两个光源发出的光线依次经过第一反射聚光镜(22)反射后，通过入射狭缝(25)传入到测量单色器内，在第一反射聚光镜(22)和入射狭缝(25)形成的光路光轴上，在测量单色器壳体(26)内置有第一凹面准直镜(27)，在第一凹面准直镜(27)反射平行光束上安装有转台(28)，在转台(28)上放置参考平面反射镜(29)，在参考平面反射镜(29)的反射光束传播的方向上，置有第二反射聚光镜(31)，出射狭缝(32)位于第二反射聚光镜(31)的反射光束的光路上，且位于第二反射聚光镜(31)的焦面上；在转台(28)上放置参考平面反射镜(29)的位置上，在需要置换被测光栅时，被测光栅(30)就放置在转台(28)上放置参考平面反射镜(29)的位置上；在后置CCD多色器壳体(34)内，平面反射镜(33)置于第二反射聚光镜(31)和出射狭缝(32)形成的光路光轴上；在平面反射镜(33)的反射光束的光轴上置有第二凹面准直镜(35)，在第二凹面准直镜(35)反射光束上置有光栅(36)，在光栅(36)的衍射光传播方向上置有第三反射聚光镜(37)，在第三反射聚光镜(37)的反射光束的传播方向上置有CCD接收器(38)。

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