專利名稱：聲光可調(diào)諧濾光器衍射效率測試系統(tǒng)及測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)測量技術(shù)，具體指一種聲光可調(diào)諧濾光器衍射效率測試系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
聲光可調(diào)諧濾光器(Acousto-optic tunable filter,AOTF)是一種窄帶可調(diào)濾光 器，它是根據(jù)聲光作用原理制成的分光器件。通過改變施加在晶體上射頻驅(qū)動的頻率選擇 分光波長，從而實現(xiàn)波長掃描。目前該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于非成像及成像光譜儀器。
AOTF的分光原理如附圖1、附圖2所示，當一束復(fù)色光通過一個高頻振動的具有 光學(xué)彈性的晶體時，某一波長的單色光將會在晶體內(nèi)部產(chǎn)生衍射，以一定角度從晶體中透 射出來，未發(fā)生衍射的復(fù)色光則沿原光線傳播方向直接透射過晶體，由此達到分光的目的。 當晶體振動頻率改變時，可透射單色光的波長也相應(yīng)改變。各向同性和各向異性布拉格衍 射都能用于濾光器件，但是采用各向同性晶體作濾光片實用性極差，它對于入射光的平行 性要求苛刻(張角在千分之一弧度以內(nèi))，微小的偏差也會導(dǎo)致光譜通帶顯著加寬，而且不 同波長對應(yīng)的衍射角也不同，因此，AOTF都采用雙折射晶體各向異性布拉格衍射。在各向 異性AOTF中，入射到AOTF的光線入射角有一個小的改變S e ,時，由于雙折射量隨角度的
變化恰好補償了因角度變化而引起的動量失配，所以仍能夠保持動量匹配條件近似成立，
聲光衍射對入射光在一定角度內(nèi)變化不很敏感，從而可以做成大角孔徑的AOTF。 AOTF衍射效率的測試技術(shù)根據(jù)AOTF的分光原理，對入射光束的準直性及光束直
徑有較高要求，為滿足一定的測量精度，要求光束的直徑及發(fā)射角要盡量小。而且對AOTF
衍射效率的測試需要實現(xiàn)全波段覆蓋。 目前，國內(nèi)對AOTF衍射效率進行測試的方法主要集中于采用連續(xù)寬譜段光源(例 如鹵鎢燈)，通過光譜接收系統(tǒng)進行出射光的光譜特性測試，其測試裝置示意圖見附圖3。 首先光源準直，利用偏振片產(chǎn)生垂直偏振光入射，利用光譜儀接收到0級光光譜。設(shè)不加射 頻信號時O級光的光譜強度為1。，加射頻驅(qū)動后0級光最小值為I，衍射效率T = (1。_1)/ I。。在驅(qū)動功率固定的情況下，改變AOTF射頻驅(qū)動頻率，可進行光譜掃描。該方法的缺陷 在于，由于光源準直后平行度沒有激光好，而不同角度入射的激光對AOTF衍射效率的測試 結(jié)果會產(chǎn)生較大變化，故而用該方法測試的結(jié)果與實際AOTF的衍射效率會有差別。
若采用激光作為光源，則僅需要利用能量接收系統(tǒng)就可以方便的進行各級光能量 的測量及計算，從而得出AOTF衍射效率。但是采用該種測試方法，單一波長的激光器無法 滿足AOTF連續(xù)譜段測試的需求，且該種測試方法對激光器能量的穩(wěn)定性要求比較高。所 以，目前僅在個別固定波段利用激光作為光源進行AOTF衍射效率測試，無法滿足AOTF全波 段測試的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種測量AOTF衍射效率的裝置，解決激光器能量不穩(wěn)定、能
3量計探頭響應(yīng)不一致造成測量誤差的技術(shù)問題。 如附圖4所示，本發(fā)明是以EKSPLA NT342/1/UV波長可調(diào)諧激光器1作為測試光 源，光束通過中性密度濾光片2和光闌孔3后入射到分束鏡4，由分束鏡4將入射光分成固 定分束比的透射光和反射參考光。調(diào)整光路，使透射光垂直進入待測A0TF71，由AOTF驅(qū)動 器72對A0TF71施加驅(qū)動頻率。能量計探頭61接收透過A0TF71的光束能量，能量計探頭 62同步接收參考光束的能量。 具體方法調(diào)整激光器波長，對A0TF71加一定射頻驅(qū)動，能量計探頭61接收到的 衍射光能量為Ep能量計探頭62同步接收到的參考光束能量為E2，當E乂^最大時為對應(yīng)該 RF驅(qū)動頻率的衍射中心波長。 不加射頻驅(qū)動下，能量計探頭61接收到的A0TF直接出射光能量E工'，能量計探頭 62同步接收到的反射光束能量為E2'，衍射效率的計算公式如下
A 五/ 《 ^"77 貝U7^777
一2 ￡2 ， 五^ (1—D 通過二維電動轉(zhuǎn)臺5轉(zhuǎn)動可改變A0TF71的入射光角度，當E乂^下降至最大值一 半時對應(yīng)的角度變化即為晶體孔徑角。 波長可調(diào)諧激光器1 :提供210 2300nm連續(xù)可調(diào)激光波長，激光發(fā)散角小于 0. 5mrad， 210 709nm波段光譜掃描間隔為0. lnm， 710 2300nm波段光譜掃描間隔為lnm。
中性密度濾光片2和光闌孔3可控制入射光能量，并限制激光光斑的大小。分束鏡 4的作用是產(chǎn)生參考光束，實現(xiàn)測試精度的大幅提高。波長可調(diào)諧激光器能量不穩(wěn)定，單次 測量的能量值可比性低。兩臺能量計探頭響應(yīng)率不一致，而試驗中需要測試的波長數(shù)較多， 所以要對各個波長下的探頭響應(yīng)系數(shù)進行標定有一定困難。測試光路中加入的分束鏡，可 產(chǎn)生反射參考光束，并對其能量進行監(jiān)測，分束鏡在指定波長下的分束比為恒定值，故進入 A0TF71的能量與參考光束能量比值恒定。分束鏡起到提高測試精度的作用。由于A0TF71 在指定波長下通光效率恒定，所以可通過衍射光能量與參考光束能量的比值代替直接測試 衍射光能量。 二維電動轉(zhuǎn)臺5可調(diào)整入射光的角度，一用于光路調(diào)整，二用于孔徑角測量。
本專利的優(yōu)點在于 1)本發(fā)明用波長可調(diào)諧激光器作為入射光源，可滿足AOTF需要高密度、小間隔波 長測試的需求。 2)本發(fā)明利用分束鏡進行入射光能量分束，通過參考光束能量作為監(jiān)測，抵消激 光器能量不穩(wěn)定以及能量計探頭響應(yīng)率不一致造成的測試誤差，從而大幅提高AOTF衍射 效率測試精度。


圖1各向異性AOTF矢量圖。
圖2A0TF分光示意圖。 圖3是寬光源AOTF衍射效率測試系統(tǒng)示意圖。
圖4是AOTF衍射效率測試系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式
下面是根據(jù)圖4給出的本發(fā)明的一個較好實施例，用以說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征和 實施方法，而不是用來限定本發(fā)明的范圍。 聲光可調(diào)諧濾光器衍射效率測試系統(tǒng)包括如下幾個部分 1)波長可調(diào)諧激光器1 :在本實施方案中選擇EKSPLA NT342/1/UV波長可調(diào)諧激
光器作為光源。該激光器可產(chǎn)生210 2300nm連續(xù)可調(diào)諧激光光束。 2)中性密度濾光片2 :本實施方案中選擇Spiricon中性密度濾光片。 3)光闌孔3 :本實施方案選用大恒光電GCM-57可變光闌。 4)分束鏡4 :本實施例選用固定分束比為1 : 1 (600 1200nm)的分束鏡。在其 他波段分束比會有變化，但針對某個固定波長，器分束比恒定。 5) 二維電動轉(zhuǎn)臺5 :本實施例選用聯(lián)誼148X142 二維電動旋轉(zhuǎn)臺，調(diào)節(jié)范圍 360° ，電機的傳動比l : 360，標尺最小讀數(shù)0. 1° ，電機整步運行分辨率0.005° 。
6)能量計探頭61、62 :本實施例選用美國Coherent公司EPM1000能量計表頭，探 頭分別選用J4-09及J45LP-MB。 本實施例選用美國Brimrose可見/近紅外A0TF71及配套射頻驅(qū)動器72作為AOTF 組件。選定激光器波長，調(diào)節(jié)二維電動轉(zhuǎn)臺5，使波長可調(diào)諧激光器1發(fā)射光束通過中性密 度濾光片2、光闌孔3、分束鏡4后垂直入射A0TF71，由能量計探頭62接收分束鏡反射的參 考光束。對AOTF 71不加驅(qū)動時，由能量計探頭61在A0TF后接收0級光能量；對A0TF71 施加驅(qū)動時，由能量計探頭61在A0TF后接收衍射光能量。在測試過程中，兩個能量計探頭 61、62同步接收。由上述計算衍射效率的公式(1-1)計算AOTF的衍射效率。
如上所述，本測試系統(tǒng)的測試方法簡單、可操作性強，是較為理想的AOTF衍射效 率測試裝置。
權(quán)利要求
一種聲光可調(diào)諧濾光器衍射效率測試系統(tǒng)，它包括波長可調(diào)諧激光器(1)、中性密度濾光片(2)、光闌孔(3)、分束鏡(4)、二維電動轉(zhuǎn)臺(5)、能量計探頭(61、62)，其特征在于所述的測試裝置中的光源采用波長可調(diào)諧激光器(1)；所述的波長可調(diào)諧激光器(1)發(fā)出的激光光束依次通過中性密度濾光片(2)、光闌孔(3)后由分束鏡(4)分出一路參考光路，能量計探頭(62)測出參考光路的激光能量用于補償激光能量不穩(wěn)定以及探頭響應(yīng)不一致引起的測量誤差。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聲光可調(diào)諧濾光器衍射效率測試系統(tǒng)，其特征在于 所述的波長可調(diào)諧激光器(1)連續(xù)可調(diào)激光波長范圍為210 2300nm，激光發(fā)散角小于 0. 5mrad， 210 709nm波段光譜掃描間隔為0. lnm， 710 2300nm波段光譜掃描間隔為lnm。
3. —種基于權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的聲光可調(diào)諧濾光器衍射效率測試方法，其特征在于 包括以下步驟A. 調(diào)整激光器波長，對A0TF71加一定射頻驅(qū)動，通過能量計探頭(61)測出測量光路上 的衍射光能量E"同時通過能量計探頭(62)測出參考光路上的反射光束能量E^B. 不加射頻驅(qū)動下，通過能量計探頭(61)測出測量光路上直接出射光能量E/ ，同時 通過能量計探頭(62)測出參考光路上的反射光束能量E ;C. 計算AOTF衍射效率，計算公式如下
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聲光可調(diào)諧濾光器衍射效率測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)由波長可調(diào)諧激光器、中性密度濾光片、光闌孔、分束鏡、二維電動轉(zhuǎn)臺、能量計組成。波長可調(diào)諧激光器可生成波長連續(xù)可調(diào)的激光光束，經(jīng)過中性密度濾光片及光闌孔后，由分束鏡分成固定分束比的兩束激光，反射光束能量作為參考能量；透射光束進入AOTF，在對其施加射頻驅(qū)動時接收衍射光能量，未施加驅(qū)動時接收直接透過的能量，從而計算AOTF的衍射效率。同時，通過二維電動轉(zhuǎn)臺改變?nèi)肷涔饨嵌瓤蓪崿F(xiàn)孔徑角的測量。本發(fā)明裝置的特點在于原理簡單、可操作性強，可滿足AOTF測試連續(xù)波長的需求，同時利用分束鏡產(chǎn)生參考光束可大幅提高測試精度。
文檔編號G01M11/02GK101706361SQ20091022649
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者何志平, 楊世驥, 沈淵婷, 王建宇, 舒嶸 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所