CN105372042A - 光学滤光片高精度透过率测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学滤光片高精度透过率的测试装置，由激光泵浦宽带光源、光调制器、双级联单色仪系统、光准直系统、测试暗箱、紫外可见光电倍增管、高压电源模块、光电信号处理模块、锁相放大器以及工控计算机组成；该测试装置采用光调制器和锁相放大器的工作模式，先由光调制器将入射光调制成特定的频率，经过光电转换后送入锁相放大器进行相敏检测，这样可以有效地滤除杂散背景光产生的电压信号；此外，双级联单色仪系统采用色散相减模式，而且在单色仪入光口和出光口分别装有特定截止波长的高通滤光片，可有效地降低单色仪的杂散光，从而更有利于微弱信号的探测。

Description

光学滤光片高精度透过率测试装置

技术领域

本发明属于微光技术领域，特别是一种光学滤光片高精度透过率的测试装置。

背景技术

光谱透过率是光学滤光片滤光特性的重要参数。如何精确地测定滤光片的光谱透过率，可有效地指导滤光片的制备工艺，也在一定程度上提高了日盲紫外探测器件的实用性。根据高测试精度的需要，且经滤光片衰减过后的光信号是极其微弱的，所以该套测试装置对抑制杂散光的要求较高。

目前，国内对光学滤光片OD值大于10的透过率测试装置没有相关的报道，更没有提及其光谱透过率的测试装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学滤光片高精度透过率测试装置，用于测试光学滤光片光谱透过率，其可探测出滤光片OD值为12的透过率。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种光学滤光片高精度透过率的测试装置，包括激光泵浦宽带光源、光调制器、双级联单色仪系统、光准直系统、测试暗箱、紫外可见光电倍增管、高压电源模块、光电信号处理模块、锁相放大器和工控计算机，所述紫外可见光电倍增管和被测滤光片均设置在测试暗箱内，且被测滤光片位于光准直系统和紫外可见光电倍增管之间；

激光泵浦宽带光源产生白光经光调制器调制成具有固定频率的光信号，经双级联单色仪系统的光栅产生纯净的单色光，单色光入射至光准直系统转变为准平行、小束径的单色光，再入射至被测滤光片；经被测滤光片衰减后的单色光入射至紫外可见光电倍增管，在高压电源模块的作用下经光电转换成放大的光电流信号；再在信号处理模块中对光电倍增管输出的光电流信号进行滤波放大地处理后送入锁相放大器进行相敏检测得到稳定的电压信号；工控计算机根据锁相放大器得到的电压信号值确定透过的光功率值，与原始的光功率之比即为被测滤光片的透过率。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

(1)本发明采用高稳定性、高亮度的光源，弥补单光束测量技术的不足；

(2)本发明在单色仪入光口和出光口分别装有特定截止波长的高通滤光片，可有效地降低了单色仪的杂散光，从而满足了高精度光谱透过率的测试要求；

(3)本发明首次提出了光学滤光片高精度透过率的测试装置，其极限探测OD值高达12，填补了国内光学滤光片高精度光谱透过率测试装置的空白。

附图说明

图1为本发明光学滤光片高精度透过率测试装置的结构示意图。

图2为本发明实施方式中滤波片透过率测试曲线图。

具体实施方式

光谱透过率是光学滤光片滤光特性的重要参数。如何精确地测定滤光片的光谱透过率，可有效地指导滤光片的制备工艺，也在一定程度上提高了日盲紫外探测器件的实用性。为了精确地探测出紫外可见光范围内滤光片的光谱透过率，本发明提出了一种用于200～600nm光谱范围内的光学滤光片高精度透过率测试装置。

结合图1，测试装置包括激光泵浦宽带光源1、光调制器2、双级联单色仪系统3、光准直系统4、测试暗箱5、紫外可见光电倍增管6、高压电源模块7、光电信号处理模块8、锁相放大器9以及工控计算机10；被测滤光片设置在测试暗箱5内，且位于光准直系统4的发射光路上；

激光泵浦宽带光源1产生白光经光调制器2调制成具有特定频率的光信号，经双级联单色仪系统3的光栅产生纯净的单色光，单色光入射至光准直系统4转变为准平行、小束径的单色光，再入射至被测滤光片；经被测滤光片衰减后的单色光入射至紫外可见光电倍增管6，在高压电源模块7的作用下经光电转换成放大的光电流信号；再在信号处理模块8中对光电倍增管输出的光电流信号进行滤波放大地处理后送入锁相放大器9进行相敏检测得到稳定的电压信号；工控计算机根据锁相放大器得到的电压信号值得到透过的光功率值，与原始的光功率之比即为被测滤光片的透过率。

激光泵浦宽带光源1采用的是美国Rnergetig公司生产的型号为LDLSEQ-99白光光源；该宽带白光光源采用激光泵浦的方式维持等离子体放电发光，避免了使用电极所带来的缺陷；首先通过高压放电点燃灯泡内的氙气，使氙气温度升高电离变成等离子体，连续激光光束经过透镜聚焦进入灯泡，利用激光的能量来维持灯泡内的等离子体，此时高压即可关闭，采用聚焦良好的激光来维持等离子体，可以使紫外光激发稳定而且易于聚焦；因此可以产生系统测试时所需的高亮度、高稳定性的白光。

光调制器2采用的是由美国斯坦福研究系统公司生产的SR540型光调制器2；其在本装置中的作用主要是用来将光源发出的光辐射信号通过电动机调制成交变信号，从而避免检测信号时间长而漂移，能对被测光进行调制，同时输出与调制频率同步的参考电压方波，作为锁定放大器的参考信号。

双级联单色仪系统3采用的是北京卓立汉光仪器有限公司生产的Omni-λ-D系列双级联单色仪；它由两个焦距相同色散分光结构，经过特殊调校后组合而成，能够有效的改善单台单色仪光学性能；双单色仪有色散相加和色散相减两种模式：采用色散相加模式的双级联单色仪，能够双倍提升光谱分辨率，适合用高分辨率测量需求；采用色散相减模式，有效地降低了单色仪的杂散光，从而能够进行更微弱信号的探测。在透过率极小的波长处，透过的光信号极其微弱，对杂散光的要求比较高，而杂散光的来源主要是光栅的二级衍射，所以在双级联单色仪系统3的入光口和出光口分别加了装有200nm和350nm波长的高通滤光片的滤光片轮，控制其转动以达到消除杂散光的目的。

紫外可见光电倍增管6采用的是由英国ETL公司生产的9924QB型紫外可见光电倍增管6；其采用的是SbCs双碱阴极，相应波长范围是160～680nm，适用于紫外探测。

高压电源模块7采用的是由美国斯坦福研究系统公司生产的PS310型高压电源，负责给光电倍增管加高压。

锁相放大器9采用的是由美国斯坦福研究系统公司生产的SR830型锁相放大器，用来检测极微弱的交流信号，即使这种交流信号埋没在比它大很多倍的噪声信号中，锁相放大器9也可以高精度地检测出来。锁相放大器9利用相敏检测的技术，根据具有特定参考频率和相位的参考信号，只允许通过与参考频率相同或相近的目的信号，而那些频率与参考频率不相同的噪声信号就会被隔离。

上述光学滤光片高精度透过率测试装置的测试步骤为：

第一步，测试前依次打开激光泵浦宽带光源1、光调制器2、双级联单色仪系统3、高压电源模块7、信号处理模块8和锁相放大器9；

第二步，将光调制器2的频率调成固定频率172Hz；

第三步，将待测滤光片放入装有紫外可见光电倍增管6的测试暗箱5中，使其夹在单色仪出光口处的光准直系统4和紫外可见光电倍增管6中间；

工控计算机根据锁相放大器得到的电信号值V₁，与标定文件中在相同高压相同波长下的光功率P₀对应的电压信号值V₀来换算透过的光功率P₁：

$P_1=\frac{P_0}{V_0}{V}_1$

计算光学滤光片在某个特定波长λ下透过率T(λ)：

$T\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{P_1\left(\mathrm{\λ}\right)}{P_0\left(\mathrm{\λ}\right)}$

其中，P₀(λ)表示在某个特定波长下未经滤光片衰减的光功率，P₁(λ)表示在某个特定波长下经滤光片衰减过后的光功率。

选取一个滤光片的样品，按照上述步骤进行测试，验证该套测试系统可以探测出滤光片OD值为12的透过率，结果如图2所示。

本发明的测试装置采用光调制器和锁相放大器的工作模式，先由光调制器将入射光调制成特定的频率，经过光电转换后送入锁相放大器进行相敏检测，这样可以有效地滤除杂散背景光产生的电压信号；此外，双级联单色仪系统采用色散相减模式，而且在单色仪入光口和出光口分别装有特定截止波长的高通滤光片，可有效地降低单色仪的杂散光，从而更有利于微弱信号的探测。

Claims (9)

1.一种光学滤光片高精度透过率的测试装置，其特征在于，包括激光泵浦宽带光源(1)、光调制器(2)、双级联单色仪系统(3)、光准直系统(4)、测试暗箱(5)、紫外可见光电倍增管(6)、高压电源模块(7)、光电信号处理模块(8)、锁相放大器(9)和工控计算机(10)，所述紫外可见光电倍增管(6)和被测滤光片均设置在测试暗箱(5)内，且被测滤光片位于光准直系统(4)和紫外可见光电倍增管(6)之间；

激光泵浦宽带光源(1)产生白光经光调制器(2)调制成具有固定频率的光信号，经双级联单色仪系统(3)的光栅产生纯净的单色光，单色光入射至光准直系统(4)转变为准平行、小束径的单色光，再入射至被测滤光片；经被测滤光片衰减后的单色光入射至紫外可见光电倍增管(6)，在高压电源模块(7)的作用下经光电转换成放大的光电流信号；信号处理模块(8)对光电倍增管输出的光电流信号进行滤波放大地处理后送入锁相放大器(9)进行相敏检测得到稳定的电压信号；工控计算机根据锁相放大器得到的电压信号值确定透过的光功率值，与原始的光功率之比即为被测滤光片的透过率。

2.根据权利要求1所述的光学滤光片高精度透过率的测试装置，其特征在于，激光泵浦宽带光源(1)为美国Rnergetig公司的LDLSEQ-99白光光源。

3.根据权利要求1所述的光学滤光片高精度透过率的测试装置，其特征在于，光调制器(2)为美国斯坦福研究系统公司的SR540型光调制器。

4.根据权利要求1或3所述的光学滤光片高精度透过率的测试装置，其特征在于，光调制器的固定频率为172Hz。

5.根据权利要求1所述的光学滤光片高精度透过率的测试装置，其特征在于，双级联单色仪系统(3)为北京卓立汉光仪器有限公司的Omni-λ-D系列双级联单色仪系统。

6.根据权利要求1所述的光学滤光片高精度透过率的测试装置，其特征在于，紫外可见光电倍增管(6)为英国ETL公司的9924QB型紫外可见光电倍增管。

7.根据权利要求1所述的光学滤光片高精度透过率的测试装置，其特征在于，高压电源模块(7)为美国斯坦福研究系统公司的PS310型高压电源。

8.根据权利要求1或7所述的光学滤光片高精度透过率的测试装置，其特征在于，高压电源模块(7)向光电倍增管施加的高压范围为0～1000V。

9.根据权利要求1所述的光学滤光片高精度透过率的测试装置，其特征在于，锁相放大器(9)为美国斯坦福研究系统公司的SR830型锁相放大器。