CN108254161A - 自准直式中阶梯光栅衍射效率测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自准直式中阶梯光栅衍射效率测试装置：光源系统用于提供连续光及激光；单色系统用于将光源系统提供的连续光变为单色光出射到测试系统的入口处；测试系统包括第三球面镜、待测中阶梯光栅、待测平面镜及第四平面镜，从入口处进来的光依次经过第三球面镜反射至待测中阶梯光栅或待测平面镜，反射回第三球面镜，再反射至第四平面镜，最后进入接收系统，测试系统为自准直式结构，用于在准李特罗条件下测试待测中阶梯光栅的衍射效率；接收系统包括狭缝和光电倍增管，狭缝的作用是遮挡待测中阶梯光栅的非测试级次衍射光，光电倍增管用于接收中阶梯光栅测试级次的衍射光强。本发明特别适用于紫外及近红外的中阶梯光栅的相对衍射效率检测。
Description
技术领域
本发明涉及光栅性能检测领域，具体涉及一种自准直式光栅衍射效率测试装置，它特别适用于紫外及近红外的中阶梯光栅的相对衍射效率检测。
背景技术
衍射效率是评价光栅质量的重要参数，它决定了以光栅为核心元件的光谱仪器性能的好坏，因此，在光栅出厂前都需对衍射效率进行测试。中阶梯光栅是一种特殊光栅，其刻线密度较低，具有大入射角度和高衍射级次(如几十级到几百级)，因而有很高的色散率和分辨率，以其为色散元件的中阶梯光栅光谱仪在天文、医疗、食品安全、水质检测等领域都有着广泛的应用。由于中阶梯光栅的特殊性质，其在使用过程中是使用不同级次的单色光以保证中阶梯光栅全波闪耀的优点，而该特点也决定了中阶梯光栅的衍射效率测试与通常只使用一个级次单色光的普通衍射光栅的不同。普通光栅的衍射效率在测试过程中通常是使待测光栅进行转动来测量不同波长处的能量值，而由于中阶梯光栅自由光谱区很小，具有非常严重的光谱级次重叠的问题，所以使待测光栅转动的衍射效率的测试方法并不适用于中阶梯光栅，且中阶梯光栅通常是在准李特罗条件下进行使用才能确保其全波闪耀优点，因此，在衍射效率测试过程中采用准李特罗结构可保证测试结果的可信性及参考性。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种自准直式中阶梯光栅衍射效率测试装置。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：提供一种自准直式中阶梯光栅衍射效率测试装置，包括：
光源系统，所述光源系统用于提供连续光及激光；
单色系统，所述单色系统用于将所述光源系统提供的连续光变为单色光出射到所述测试系统的入口处；
测试系统，所述测试系统包括第三球面镜、待测中阶梯光栅、待测平面镜及第四平面镜，从所述入口处进来的光依次经过所述第三球面镜反射至所述待测中阶梯光栅或待测平面镜，反射回所述第三球面镜，再反射至第四平面镜，最后进入所述接收系统，所述测试系统为自准直式结构，用于在准李特罗条件下测试待测中阶梯光栅的衍射效率；
接收系统，所述接收系统包括狭缝和光电倍增管，所述狭缝的作用是遮挡待测中阶梯光栅的衍射光，光电倍增管用于接收中阶梯光栅测试级次的衍射光强。
氘灯、钨灯及激光器，所述氘灯用于190-400nm连续光的提供，所述钨灯用于400-1000nm连续光的提供，所述激光用于待测中阶梯光栅和待测平面镜的状态的调整；
聚光系统，所述聚光系统用于将连续光收集并聚焦在所述单色系统的入口上；
平移台，所述平移台可通过移动进行氘灯、钨灯及激光之间的切换。
所述的单色系统包括第一球面镜、第二球面镜、平面光栅，所述单色系统用于将所述光源系统提供的连续光依次通过所述第一球面镜、平面光栅及第二球面镜之后，形成单色光出射到所述测试系统的入口处。
所述待测中阶梯光栅需要进行状态调整：首先将光源设置为所述激光器，设置所述单色系统出射光波长为激光器波长，使激光入射到所述测试系统中，调整所述待测中阶梯光栅的状态使激光原路返回至所述激光器处，则该状态下的所述待测阶梯光栅为李特罗角入射，以该状态为初始角度，转动所述待测阶梯光栅，使光经过所述第四平面镜反射到所述接收系统处，由所述光电倍增管接收，即完成所述待测中阶梯光栅状态调整。
还包括待测平面镜，所述待测平面镜需要进行状态调整：首先将光源设置为所述激光器，设置所述单色系统出射光波长为激光器波长，使激光入射到所述测试系统中，调整所述待测平面镜的状态使激光原路返回至所述激光器处，以该状态为初始角度，转动所述待测平面镜，使光经过所述第四平面镜反射到所述接收系统处，由所述光电倍增管接收，即完成所述平面镜状态调整。
本发明的有益效果是：能够在更符合中阶梯光栅实际应用状态下，即准李特罗条件下对其衍射效率进行测试，且充分利用中阶梯光栅各个衍射级次的中心波长都打在同一位置的特点，测试过程中测试系统中并无动件，测试结果具有很强的可信性及参考性。
附图说明
图1是本发明自准直式中阶梯光栅衍射效率测试装置的结构示意图
图2是本发明中的光源系统示意图
图3是本发明中的接收系统示意图
图4是本发明接收系统中狭缝的示意图
图中：M1、M2、M3为球面反射镜，M4为平面镜，G1为平面光栅，G2为待测中阶梯光栅。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
如图1至4所示，本发明的自准直式中阶梯光栅衍射效率测试装置包括：光源系统1、单色系统2、测试系统3和接收系统4；所述光源系统1包括光源、聚光系统和平移台，所述光源包括光源1a即氘灯、光源1b即钨灯及光源1c即激光，氘灯用于190-400nm连续光的提供，钨灯用于400-1100nm连续光的提供，激光用于待测中阶梯光栅G2和待测平面镜(图上未示)的状态的调整，聚光系统作用是将光源系统1的光收集并聚焦在单色系统2的入口上，平移台的移动可让光源系统进行不同光源之间进行切换；所述单色系统2包括第一球面镜M1、第二球面镜M2、平面光栅G1，单色系统2用于将光源系统1提供的连续光变为单色光出射到测试系统3的入口处；所述测试系统3包括第三球面镜M3、第四平面镜M4和待测中阶梯光栅G2，测试系统3为自准直式结构，作用是在准李特罗条件下测试待测中阶梯光栅的衍射效率；所述接收系统4包括狭缝和光电倍增管，狭缝用于遮挡待测中阶梯光栅G2非使用衍射级次的衍射光，光电倍增管用于接收中阶梯测试级次的衍射光。
首先将所述光源系统1设置为激光，设置单色系统2出射光波长为激光器波长，使光入射到测试系统3中，调整待测中阶梯光栅G2的状态使激光器的光原路返回至激光器处，则该状态下的待测中阶梯光栅G2为李特罗角入射，以该状态为初始角度，转动待测中阶梯光栅G2，使光经过第四平面镜M4反射到接收系统4处，由光电倍增管接收，即完成待测中阶梯光栅G2的测试状态调整。然后通过平移台的运动进行所述光源系统1中三个光源之间切换：光源1a即氘灯、光源1b即钨灯及光源1c即激光，在190-400nm范围内采用氘灯作为光源，在400-1100nm采用钨灯作为光源，控制单色系统2中的平面光栅G1转动，使其出射190-1100n范围内的单色光出射到测试系统3中，测试系统3在测量过程保持状态不变，单色光经过测试系统3后入射到接收系统4，经过接收系统4狭缝的调制后，只有使用级次的衍射光由光电倍增管接收并将数据记录。
单色系统2完成扫描后，保持整个装置的状态不变，将待测中阶梯光栅G2置换为与其规格材料皆相同的待测平面镜。光源系统1将光源切换为激光，控制单色系统2出射激光波长，使激光入射到测试系统3中，调整待测平面镜的状态使激光器的发出的光沿原路返回至激光器处，以该状态为初始角度，转动待测平面镜，使光经过第四平面镜M4反射到接收系统4处，由光电倍增管接收，即完成待测平面镜的测试状态的调整。然后通过平移台的运动进行所述光源系统1中三个光源之间切换，在190-400nm范围内采用氘灯作为光源，在400-1100nm采用钨灯作为光源，控制单色系统2中的平面光栅G1转动，使其出射190-1100n范围内的单色光出射到测试系统3中，测试系统3在测量过程保持状态不变，单色光经过测试系统3后入射到接收系统4，经过接收系统4狭缝的调制后由光电倍增管接收并将数据记录。
最后将获得的待测中阶梯光栅G2的测试数据与待测平面镜的数据进行处理计算，最终获得待测中阶梯光栅的相对衍射效率，完成测试。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种自准直式中阶梯光栅衍射效率测试装置，其特征在于，包括：
光源系统，用于提供连续光及激光；
单色系统，用于将所述光源系统提供的连续光变为单色光出射到所述测试系统的入口处；
测试系统，所述测试系统包括第三球面镜、待测中阶梯光栅、待测平面镜及第四平面镜，从所述入口处进来的光依次经过所述第三球面镜反射至所述待测中阶梯光栅或待测平面镜，反射回所述第三球面镜，再反射至第四平面镜，最后进入所述接收系统，所述测试系统为自准直式结构，用于在准李特罗条件下测试待测中阶梯光栅的衍射效率；
接收系统，所述接收系统包括狭缝和光电倍增管，所述狭缝的作用是遮挡待测中阶梯光栅非测试级次的衍射光，光电倍增管用于接收中阶梯光栅测试级次的衍射光强。
2.如权利要求1所述的自准直式中阶梯光栅衍射效率测试装置，其特征在于，所述光源系统包括：
氘灯、钨灯及激光器，所述氘灯用于190-400nm连续光的提供，所述钨灯用于400-1100nm连续光的提供，所述激光用于待测中阶梯光栅和待测平面镜的状态的调整；
聚光系统，所述聚光系统用于将连续光收集并聚焦在所述单色系统的入口上；
平移台，所述平移台可通过移动进行氘灯、钨灯及激光之间的切换。
3.如权利要求2所述的自准直式中阶梯光栅衍射效率测试装置，其特征在于，所述的单色系统包括第一球面镜、第二球面镜、平面光栅，所述单色系统用于将所述光源系统提供的连续光依次通过所述第一球面镜、平面光栅及第二球面镜之后，形成单色光出射到所述测试系统的入口处。
4.如权利要求3所述的自准直式中阶梯光栅衍射效率测试装置，其特征在于，所述待测中阶梯光栅需要进行状态调整：首先将光源设置为所述激光器，设置所述单色系统出射光波长为激光器波长，使激光入射到所述测试系统中，调整所述待测中阶梯光栅的状态使激光原路返回至所述激光器处，则该状态下的所述待测阶梯光栅为李特罗角入射，以该状态为初始角度，转动所述待测阶梯光栅，使光经过所述第四球面镜反射到所述接收系统处，由所述光电倍增管接收，即完成所述待测中阶梯光栅状态调整。
5.如权利要求1所述的自准直式中阶梯光栅衍射效率测试装置，其特征在于，还包括待测平面镜，所述待测平面镜需要进行状态调整：首先将光源设置为所述激光器，设置所述单色系统出射光波长为激光器波长，使激光入射到所述测试系统中，调整所述待测平面镜的状态使激光原路返回至所述激光器处，以该状态为初始角度，转动所述待测平面镜，使光经过所述第四平面镜反射到所述接收系统处，由所述光电倍增管接收，即完成所述平面镜状态调整。
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