一種利用橢球面反射鏡測量光柵衍射效率的方法及系統技術方案

本發明專利技術涉及一種利用橢球面反射鏡測量光柵衍射效率的方法及系統，將橢球面反射鏡引入到測量系統。橢球面反射鏡的特點是將從一個焦點發出的所有光都引導到第二焦點上。照明光波與光柵的交點在橢球面反射鏡的第一焦點，探測器的探頭固定在橢球面反射鏡的第二焦點。這樣照明光波以任意角度入射到光柵上的光都可以被探測器探頭接收。該系統可以在大角度范圍內自動實時的接受衍射光能量?？梢詫ρ苌涔饽芰窟M行全程自動探測，節省了系統空間。有效縮小該測量系統的體積和減輕其重量，同時實現了衍射效率的實時定點測量。此外，只需整體調整橢球面反射鏡、光柵入射點及探測器探頭位置，即可適用于不同探測角度范圍需求，具有很高的通用性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種測量光柵衍射效率曲線的方法及系統，尤其涉及ー種利用橢球面反射鏡測量光柵衍射效率的方法及系統。
技術介紹
光柵是ー種重要的分光光學元件，廣泛應用于現代光學的各個領域。利用光柵的分光性質可以做成各種不同的器件，如光柵尺，光柵光譜儀等。在利用光柵進行實際器件設計時，首先要準確知道光柵周期，光柵折射率調制度及有效厚度等光柵特有參數。這些參數的確定可以通過研究光柵衍射效率曲線得到。在進行光柵衍射效率測量過程中，光柵的衍射角會隨著入射光波的入射角變化而改變。當光柵周期較大時，在衍射方向出現了多級衍射，針對某ー級次的衍射角隨入射角變化不是很明顯。針對這樣的光柵可以將探測器固定在ー個位置，就可以完成衍射效率的測量。但是對于光柵周期很小的光柵，特別對于體光柵來說，當波長不變時，衍射角會隨入射角的改變而發生很大的改變，所以，采用固定探測器方法，不能完成對光柵衍射效率的測量。這就要求接受衍射能量的探頭能在大角度范圍內改變。目前光柵衍射效率的測量，基本上是用電動步機控制轉臺來改變入射角，手動改變探測器的位置進行測量。這種方法會因探測器的角度改變而人為引入測量誤差。同時當光波近似垂直入射到光柵表面吋，其衍射光波在入射光波附近。在探測衍射光能量吋，探測器將出現擋光現象而使衍射效率的測量出現測量盲區。近來雖然有提出一種實現對光柵衍射效率進行自動掃描測量裝置(專利號CN 10巧45擬6)，可以直接探測接近全角度范圍內的衍射光束，有效的解決了上述衍射效率測量過程中存在的問題。但是該方法在接受衍射能量的過程中，需要對探測器在大范圍內隨著入射角改變而旋轉，這使得測量系統需要很大的空間，不利于將該系統組裝成儀器，進行工程測量。同時對于不同入射角需采用兩個固定在電動轉臺上的探測器進行探測，不同探測器記錄衍射能量給衍射效率曲線引入誤差，也大大的増加了測量系統對實驗成本的要求。另外在兩個探測器轉換的過程中有可能存在測量盲區及判斷誤差。
技術實現思路
要解決的技術問題為了避免現有技術的不足之處，本專利技術提出ー種利用橢球面反射鏡測量光柵衍射效率的方法及系統。本專利技術的思想在于光的傳播服從費馬原理，即在光所經歷的所有可能的傳播路徑中，實際路徑所對應的光程取極值。根據橢圓的幾何性質，橢圓上任何一點到兩個焦點的連線的夾角平分線就是過該點的法線，因此對于橢球面反射鏡而言，位于橢球面反射鏡ー 個焦點上的光源，經橢球面反射鏡的反射，必定經過橢球面反射鏡的另ー個焦點。如圖1所示，由焦點1發出的光經橢球面反射鏡反射，均能在焦點2上接收。技術方案ー種利用橢球面反射鏡測量光柵衍射效率的方法，其特征在于步驟如下步驟1 將激光器發出的光按能量1 1的比例分為第一光束和第二光束；步驟2 將其中第一光束進行準直為直徑小于Imm的平行光束，并以入射角照射到被測光柵上，調整入射角的入射點位于橢球面反射鏡的第一焦點處；光束經被測光柵衍射后再經過橢球面反射鏡反射到達橢球面反射鏡的第二焦點處，測量橢球面反射鏡的第二焦點處的光強數值；步驟3 用測量得到的第二焦點處的光強數值除以步驟1分束后的第二光束光強的兩倍，得到被測光柵的衍射效率。ー種利用橢球面反射鏡測量得到光柵衍射效率得到角度選擇性曲線的方法，其特征在于從0°到-80°或者0°到80°之間改變照射到被測光柵上第一光束的入射角，循環下述步驟步驟(1)將激光器發出的光按能量1 1的比例分為第一光束和第二光束；步驟じ)將其中第一光束進行準直為直徑小于Imm的平行光束，并以入射角照射到被測光柵上，調整入射角的入射點位于橢球面反射鏡的第一焦點處；光束經被測光柵衍射后再經過橢球面反射鏡反射到達橢球面反射鏡的第二焦點處，測量橢球面反射鏡的第二焦點處的光強數值；步驟(3)用測量得到的第二焦點處的光強數值除以步驟1分束后的第二光束光強的兩倍，得到被測光柵的衍射效率；得到0°到-80°或者0°到80°之間的衍射效率系列值，以入射角為橫軸，衍射效率為縱軸，得到被測光柵衍射效率的角度選擇性曲線；所述入射角改變量的步進值小于2°。ー種實現所述利用橢球面反射鏡測量光柵衍射效率的方法的系統，其特征在于包括激光器1、光束分束器2、擴束準直鏡9，橢球面反射鏡6、第二光功率探測器7和第一光功率探測器8 ；在激光器1的激光光路上設置光束分束器2，光束分束器2將激光器1發出的光束分為光強比為1 1的第一光束和第二光束；在第二光束的光路中設置第二光功率探測器7測得第二光束的光強；在第一光束的光路中設置擴束準直鏡9，將其準直為直徑小于 Imm的平行光束，被測光柵設置在準直光束的光路上，橢球面反射鏡6設置在被測光柵衍射光束的光路上；其中準直平行光束在被測光柵上的入射點為橢球面反射鏡的ー個焦點，在橢球面反射鏡的另ー個焦點處設置第一光功率探測器8，測得橢球面反射鏡上第二光束的反射光強度；用第一光功率探測器8測量得到的光強數值除以第二光功率探測器7測量得到的光強的兩倍，得到被測光柵的衍射效率。ー種實現所述利用橢球面反射鏡測量的光柵衍射效率得到角度選擇性曲線的系統，其特征在于包括激光器1、光束分束器2、擴束準直鏡9，橢球面反射鏡6、第二光功率探測器7和第一光功率探測器8 ；在激光器1的激光光路上設置光束分束器2，光束分束器2 將激光器1發出的光束分為光強比為1 1的第一光束和第二光束；在第二光束的光路中設置第二光功率探測器7測得第二光束的光強；在第一光束的光路中設置擴束準直鏡9，將其準直為直徑小于Imm的平行光束，被測光柵設置在準直光束的光路上，橢球面反射鏡6設置在被測光柵衍射光束的光路上；其中準直平行光束在被測光柵上的入射點為橢球面反射鏡的ー個焦點，在橢球面反射鏡的另ー個焦點處設置第一光功率探測器8，測得橢球面反射鏡上第二光束的反射光強度；將被測光柵置于旋轉臺3上，第一光功率探測器置于橢球面反射鏡的另一焦點上，調整擴束準直鏡后的平行光束照射到被測光柵上，轉動旋轉臺3使得被測光柵上平行光束的入射角在0°到-80°或者0°到80°之間改變，改變量步進值小于2°，使用第一光功率探測器8在入射角從0°到-80°或者0°到80°之間改變時測得拋物面反射鏡上第二光束的反射光強度；在每次變化中用第一光功率探測器8測量得到的光強數值除以第二光功率探測器7測量得到的光強的兩倍，得到變化的被測光柵的系列衍射效率。 所述被測光柵為反射式光柵或透射式光柵。有益效果本專利技術提出的ー種利用橢球面反射鏡測量光柵衍射效率的方法及系統，將橢球面反射鏡引入到測量系統。橢球面反射鏡的特點是將從ー個焦點發出的所有光都引導到第 ニ焦點上。照明光波與光柵的交點在橢球面反射鏡的第一焦點，探測器的探頭固定在橢球面反射鏡的第二焦點。這樣照明光波以任意角度入射到光柵上的光都可以被探測器探頭接收。該系統可以在大角度范圍內自動實時的接受衍射光能量?？梢詫ρ苌涔饽芰窟M行全程自動探測，節省了系統空間。有效縮小該測量系統的體積和減輕其重量，同時實現了衍射效率的實時定點測量。此外，只需整體調整橢球面反射鏡、光柵入射點及探測器探頭位置，即可適用于不同探測角度范圍需求，具有很高的通用性。附圖說明圖1 是從橢球面反射鏡ー個焦點上發出的不同方向的光匯聚到另ー焦點上的示意圖；圖2 是本專利技術測量反射式光柵衍射效率的系統結構示意圖；圖本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙建林，張顏艷，邸江磊，姜宏振，吳冰靜，陳鑫，王駿，
申請(專利權)人：西北工業大學，
類型：發明
國別省市：