專利名稱：一種保持入射角不變的光柵衍射效率測(cè)試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光譜技術(shù)領(lǐng)域中的一種光柵衍射效率測(cè)試儀，特別是一種保持入射角
不變的光柵衍射效率測(cè)試儀。
背景技術(shù)：
在物理光學(xué)上光柵是重要的分光色散元件，而光柵的衍射效率是光柵的非常重要 的技術(shù)性能指標(biāo)，它直接影響光譜儀器的能量傳輸特性。同一塊光柵對(duì)于不同的波長(zhǎng)以及 相同波長(zhǎng)的不同級(jí)次的衍射效率都是不同的，而在不同的使用場(chǎng)合會(huì)依據(jù)系統(tǒng)需求對(duì)光柵 在某一波長(zhǎng)的某個(gè)級(jí)次的衍射效率提出不同技術(shù)指標(biāo)要求，比如60%以上或者70%以上。 所以光柵的研制和生產(chǎn)單位，對(duì)它所研制、生產(chǎn)出的光柵要進(jìn)行光柵衍射效率的測(cè)試。
世界上研制及生產(chǎn)光柵的國(guó)家，對(duì)光柵的衍射效率都建立了相應(yīng)的測(cè)試方法，研 制出測(cè)試儀器。在測(cè)試儀器中普遍采用兩臺(tái)單色儀的結(jié)構(gòu)形式，與本發(fā)明最為接近的已有 技術(shù)，是美國(guó)光譜物理公司光柵實(shí)驗(yàn)室采用的衍射效率測(cè)量?jī)x，同時(shí)國(guó)內(nèi)一些高校及研究 單位采用過類似的測(cè)量裝置，比如浙江大學(xué)、中科院長(zhǎng)春光機(jī)所等。如圖1所示，這種測(cè)量 儀包括光源外光路、前置單色儀、測(cè)量單色儀、控制系統(tǒng)。光源外光路包括光源24、聚光 鏡25、33 ;前置單色儀包括入射狹縫26、平面反射鏡27、31，準(zhǔn)直鏡28、光柵29、成像物鏡 30、出射狹縫32，殼體41 ;測(cè)量單色儀包括平面反射鏡34、準(zhǔn)直鏡35、被測(cè)光柵36或標(biāo)準(zhǔn) 平面反射鏡37、成像物鏡38、殼體42 ;控制系統(tǒng)包括光電倍增管39、控制器40。
從圖2所示的結(jié)構(gòu)可知，光源外光路和前置單色儀的作用是為測(cè)量單色儀提供單 色光源，控制系統(tǒng)控制前置單色儀中的光柵和測(cè)量單色儀中的被測(cè)光柵36相對(duì)于波長(zhǎng)同 步轉(zhuǎn)動(dòng)來完成衍射效率的測(cè)量。
其自動(dòng)測(cè)量過程是 (1)由控制系統(tǒng)同時(shí)控制光柵29和被測(cè)光柵36的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，以保證前置單 色儀與測(cè)量單色儀輸出同意波長(zhǎng)的單色光； (2)被測(cè)光柵36和標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡37快速地相互置換，以保證光電倍增管39在 較短的時(shí)間間隔內(nèi)接受到分別來自被測(cè)光柵36的衍射光和標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡37的反射光在 光電倍增管產(chǎn)生的電流并計(jì)算它們的比值； (3)當(dāng)光柵29和被測(cè)光柵36轉(zhuǎn)動(dòng)到下一個(gè)波長(zhǎng)時(shí)，反復(fù)重復(fù)步驟(1)和步驟(2) 就可以得到不同波長(zhǎng)的衍射效率。 該種結(jié)構(gòu)裝置存在的問題主要體現(xiàn)在測(cè)量不同波長(zhǎng)時(shí)，光柵29和被測(cè)光柵36需 要轉(zhuǎn)到特定角度，此時(shí)被測(cè)光柵36的入射光方向發(fā)生變化，改變了不同波長(zhǎng)衍射效率的測(cè) 量條件，使不同波長(zhǎng)間衍射效率的可比性降低，影響測(cè)量精確度；測(cè)被測(cè)光柵和標(biāo)準(zhǔn)平面反 射鏡相互置換采用手工方式，更換完畢后還需要在一個(gè)較小的范圍內(nèi)進(jìn)行微小調(diào)整，以保 證光柵的衍射光和標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡的反射光完全進(jìn)入到光電倍增管中被接受，整個(gè)過程耗 時(shí)較長(zhǎng)，精度不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明技術(shù)解決問題為了克服已有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提供一種保持入射角不變 的光柵衍射效率測(cè)試儀，提高了測(cè)量精度，同時(shí)使測(cè)量時(shí)間縮短。 本發(fā)明要解決的技術(shù)方問題是一種保持入射角不變的光柵衍射效率測(cè)試儀，包 括外光源、前置單色儀、測(cè)量單色儀和測(cè)量控制系統(tǒng)，所述前置單色儀包括入射狹縫、第一 平面反射鏡和第二平面反射鏡、準(zhǔn)直凹面鏡、聚光物鏡、光柵、第一轉(zhuǎn)臺(tái)、出射狹縫、前置單 色儀殼體、第一步進(jìn)電機(jī)；所述測(cè)量單色儀包括準(zhǔn)直凹面鏡、被測(cè)光柵、標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡、連 接件、第二轉(zhuǎn)臺(tái)和第三轉(zhuǎn)臺(tái)、第二步進(jìn)電機(jī)和第三步進(jìn)電機(jī)、第三平面反射鏡和第四平面反 射鏡、聚光物鏡、測(cè)量單色儀殼體；所述測(cè)量控制系統(tǒng)包括探測(cè)器和控制器；在所述前置單 色儀殼體的左右兩側(cè)分別有入射狹縫和出射狹縫；第一平面反射鏡和第二平面反射鏡均與 入射光成45度放置，兩個(gè)反射鏡的反射面分別朝右左，第一平面反射鏡將入射光反射到準(zhǔn) 直凹面鏡，第二平面反射鏡將入射光反射到出射狹縫；準(zhǔn)直凹面鏡和聚光物鏡對(duì)稱安置，且 準(zhǔn)直凹面鏡和聚光物鏡的反射面朝向下，兩鏡的光軸方向分別平行于前置單色儀殼體左右 邊線，兩鏡的焦點(diǎn)分別位于入射狹縫和出射狹縫上，準(zhǔn)直凹面鏡的反射平行光射向光柵，光 柵的衍射光射向聚光物鏡，聚光物鏡的反射會(huì)聚光射向第二平面反射鏡；光柵固定在第一 轉(zhuǎn)臺(tái)上，由控制器通過第一步進(jìn)電機(jī)控制第一轉(zhuǎn)臺(tái)的角度；在所述測(cè)量單色儀的測(cè)量光路 中，反射準(zhǔn)直鏡和反射聚光鏡對(duì)稱安裝在測(cè)量單色儀殼體的左上方和左下方，兩鏡的反射 面朝向右，兩鏡的光軸方向與殼體的上下邊平行，反射準(zhǔn)直鏡的焦點(diǎn)位于前置單色儀的出 射狹縫，反射聚光鏡的焦點(diǎn)位于探測(cè)器的光敏面，反射準(zhǔn)直鏡的反射準(zhǔn)直光射向被測(cè)光柵 或標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡，反射聚光鏡的反射會(huì)聚光射向探測(cè)器光敏面；被測(cè)光柵和平面反射鏡 由連接件連接并固定在第三轉(zhuǎn)臺(tái)上，第三轉(zhuǎn)臺(tái)由第二步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)不同角度進(jìn)行不同 入射角的測(cè)試；第三平面反射鏡和第四平面反射鏡相向安裝，兩鏡反射面分別朝向右左，安 裝方向與入射光成一定角度，第三平面反射鏡的反射光射向第四平面反射鏡，第四平面反 射鏡的反射光射向反射聚光鏡；第二步進(jìn)電機(jī)和第三步進(jìn)電機(jī)通過控制器控制；控制器控 制第三步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)第三轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)180度后更換測(cè)量模式，由衍射光測(cè)量模式切換入射光 測(cè)量模式或者反向切換，完成一次衍射效率的測(cè)試；探測(cè)器的測(cè)量結(jié)果和衍射效率計(jì)算由 控制器計(jì)算處理并顯示。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于 (1)現(xiàn)有的技術(shù)中，被測(cè)光柵是通過旋轉(zhuǎn)到不同角度來實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)的衍射效率 的測(cè)試，其測(cè)量條件隨著波長(zhǎng)而改變，測(cè)量結(jié)果與實(shí)際情況略有不同，其測(cè)量精度受到影 響。而本發(fā)明通過加入一塊可旋轉(zhuǎn)的平面反射鏡，控制不同波長(zhǎng)衍射光束的傳播方向，使得 在測(cè)量不同波長(zhǎng)衍射效率時(shí)入射角能夠保持不變，提高衍射效率測(cè)量結(jié)果的可比性，測(cè)試 結(jié)果更加符合實(shí)際使用情況，從而提高了測(cè)量精度。 (2)本發(fā)明中采用控制系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡和被測(cè)光柵之間的更換，較已有 技術(shù)中的手動(dòng)切換方式，工作時(shí)間更短，精度更高，自動(dòng)化程度更高。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意 圖3是本發(fā)明中控制器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明中標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡18、被測(cè)量光柵15、連接件17及轉(zhuǎn)臺(tái)19的裝配 圖； 圖5是本發(fā)明中步進(jìn)電機(jī)和轉(zhuǎn)臺(tái)傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖2所示，本發(fā)明包括外光源1、前置單色儀、測(cè)量單色儀和測(cè)量控制系統(tǒng)。前 置單色儀包括入射狹縫2、第一平面反射鏡3和第二平面反射鏡8、準(zhǔn)直凹面鏡6、聚光物鏡 7、光柵4、第一轉(zhuǎn)臺(tái)5、出射狹縫9、前置單色儀殼體51、第一步進(jìn)電機(jī)52 ;所述測(cè)量單色儀 包括準(zhǔn)直凹面鏡10、被測(cè)光柵、15、標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡18、連接件17、第二轉(zhuǎn)臺(tái)12和第三轉(zhuǎn)臺(tái) 19、第二步進(jìn)電機(jī)22和第三步進(jìn)電機(jī)23、第三平面反射鏡11和第四平面反射鏡16、聚光物 鏡14、測(cè)量單色儀殼體13 ;所述測(cè)量控制系統(tǒng)包括探測(cè)器20和控制器21 ;在所述前置單色 儀殼體51的左右兩側(cè)分別有入射狹縫2和出射狹縫9 ;第一平面反射鏡3和第二平面反射 鏡8均與入射光成45度放置，兩個(gè)反射鏡的反射面分別朝右左，第一平面反射鏡3將入射 光反射到準(zhǔn)直凹面鏡6，第二平面反射鏡8將入射光反射到出射狹縫；準(zhǔn)直凹面鏡6和聚光 物鏡7對(duì)稱安置，且準(zhǔn)直凹面鏡6和聚光物鏡7的反射面朝向下，兩鏡的光軸方向分別平行 于前置單色儀殼體51左右邊線，兩鏡的焦點(diǎn)分別位于入射狹縫2和出射狹縫9上，準(zhǔn)直凹 面鏡6的反射平行光射向光柵4，光柵4的衍射光射向聚光物鏡7，聚光物鏡7的反射會(huì)聚 光射向第二平面反射鏡8 ;光柵4固定在第一轉(zhuǎn)臺(tái)5上，由控制器21通過第一步進(jìn)電機(jī)52 控制第一轉(zhuǎn)臺(tái)5的角度；在所述測(cè)量單色儀的測(cè)量光路中，反射準(zhǔn)直鏡IO和反射聚光鏡14 對(duì)稱安裝在測(cè)量單色儀殼體13的左上方和左下方，兩鏡的反射面朝向右，兩鏡的光軸方向 與殼體13的上下邊平行，反射準(zhǔn)直鏡10的焦點(diǎn)位于前置單色儀的出射狹縫9，反射聚光鏡 14的焦點(diǎn)位于探測(cè)器20的光敏面，反射準(zhǔn)直鏡10的反射準(zhǔn)直光射向被測(cè)光柵15或標(biāo)準(zhǔn) 平面反射鏡18，反射聚光鏡14的反射會(huì)聚光射向探測(cè)器20光敏面；光柵15和平面反射鏡 18由連接件17連接并固定在第三轉(zhuǎn)臺(tái)19上，第三轉(zhuǎn)臺(tái)19由第二步進(jìn)電機(jī)23驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)不 同角度進(jìn)行不同入射角的測(cè)試；第三平面反射鏡11和第四平面反射鏡16相向安裝，兩鏡反 射面分別朝向右左，安裝方向與入射光成45度，第三平面反射鏡11的反射光射向第四平面 反射鏡16，第四平面反射鏡16的反射光射向反射聚光鏡14 ;第二步進(jìn)電機(jī)22和第三步進(jìn) 電機(jī)23通過控制器21控制，探測(cè)器20的測(cè)量結(jié)果和衍射效率計(jì)算由控制器21計(jì)算處理 并顯示。 如圖3所示，本發(fā)明的控制器21包括探測(cè)器數(shù)據(jù)輸出43、前置放大器44、鎖相放 大器45、A/D轉(zhuǎn)化卡46、控制電腦47、步進(jìn)電機(jī)PCI控制卡48、伺服驅(qū)動(dòng)器49 ;控制電腦47 通過程序?qū)Σ竭M(jìn)電機(jī)PCI控制卡48發(fā)出指令，啟動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)器49輸出三路驅(qū)動(dòng)信號(hào)50，帶 動(dòng)測(cè)量單色儀中的第二步進(jìn)電機(jī)22和第三步進(jìn)電機(jī)23和前置單色儀中第一步進(jìn)電機(jī)52， 驅(qū)使第二轉(zhuǎn)臺(tái)12、第三轉(zhuǎn)臺(tái)19和第一轉(zhuǎn)臺(tái)5轉(zhuǎn)動(dòng)到所需要的角度，完成某一波長(zhǎng)的光柵衍 射效率測(cè)量光路調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)完畢后探測(cè)器20將輻射量轉(zhuǎn)換為輸出電信號(hào)43，前置放大器44 將探測(cè)器20的輸出電信號(hào)43放大，傳送給鎖相放大器45解調(diào)，鎖相放大器45將解調(diào)信號(hào) 傳送到A/D轉(zhuǎn)換器46完成模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)化，控制電腦47接受來自A/D轉(zhuǎn)換器 46的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行計(jì)算處理和結(jié)果顯示，完成該波長(zhǎng)的光柵衍射效率測(cè)量。
如圖4、5所示，在本發(fā)明的測(cè)量單色儀的測(cè)量光路中，標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡18和被測(cè) 量光柵15通過螺釘53與連接件17豎直板上的螺孔連接在一起，標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡18的反 射面A和被測(cè)量光柵15的刻劃面B均背向連接件17朝向外；連接件17通過水平底板上的 螺孔經(jīng)螺釘54固定在第三轉(zhuǎn)臺(tái)19上；標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡18的反射面和被測(cè)光柵15的刻畫 面平行。步進(jìn)電機(jī)23固定在電機(jī)座55上，蝸桿58固定在蝸桿座57上?？刂破?1控制第 三步進(jìn)電機(jī)23通過聯(lián)軸節(jié)56驅(qū)動(dòng)蝸桿58轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿58傳動(dòng)第三轉(zhuǎn)臺(tái)19旋轉(zhuǎn)180度后更 換測(cè)量模式，由衍射光測(cè)量模式切換入射光測(cè)量模式或者反向切換，完成一次衍射效率的 領(lǐng)lj試。
本發(fā)明的工作過程如下
(1)外光源1發(fā)出的連續(xù)光譜經(jīng)由入射狹縫2進(jìn)入前置單色儀中，第一平面反射鏡 3將入射光反射到準(zhǔn)直凹面鏡6進(jìn)行準(zhǔn)直，準(zhǔn)直平行光入射到光柵4，控制器21通過第一步 進(jìn)電機(jī)52控制第一轉(zhuǎn)臺(tái)5的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，使波長(zhǎng)為入n的單色光能夠通過聚光物鏡7的反射 會(huì)聚光射向第二平面反射鏡8后，聚焦到出射狹縫9，前置單色儀完成單色分光。
(2)出射狹縫9出射單色會(huì)聚光進(jìn)入測(cè)量單色儀，經(jīng)準(zhǔn)直凹面鏡10變成平行光后 到達(dá)被測(cè)光柵15，被測(cè)光柵15將波長(zhǎng)為A 。的單色光衍射到第三平面反射鏡11，控制器21 通過第二步進(jìn)電機(jī)22控制第二轉(zhuǎn)臺(tái)12轉(zhuǎn)到特定的角度，使得平面反射鏡11與被測(cè)光柵15 衍射光束夾角為45度，并將衍射光束反射給第四平面反射鏡16，第四平面反射鏡16的反 射光得以平行與聚光物鏡14的光軸入射，聚光物鏡14將入射平行光聚焦到探測(cè)器20完成 衍射光強(qiáng)測(cè)量，記錄此時(shí)的電壓^ ;控制器21通過三步進(jìn)電機(jī)23控制第三轉(zhuǎn)臺(tái)19快速轉(zhuǎn) 到180度，將被測(cè)光柵15切換成標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡18，至此準(zhǔn)直凹面鏡10的準(zhǔn)直平行光射到 標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡18，由于被測(cè)光柵15的衍射光方向和標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡18的反射光方向不 同，需再次控制第二轉(zhuǎn)臺(tái)12轉(zhuǎn)到一定角度，使得平面反射鏡11與標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡18的反 射光束夾角為45度，將反射光按預(yù)定方向反射給第四平面反射鏡16，再次使第四平面反射 鏡16的反射光得以平行與聚光物鏡14的光軸入射，聚光物鏡14將入射平行光聚焦到探測(cè) 器20完成標(biāo)準(zhǔn)平面鏡反射光強(qiáng)測(cè)量，記錄此時(shí)的電壓V2 ;控制器21計(jì)算出波長(zhǎng)A 。的衍射
效率n = v乂V2。 (3)測(cè)量不同波長(zhǎng)AJ勺衍射效率時(shí)，前置單色儀中光柵4需轉(zhuǎn)動(dòng)到特定方向。由 于在本發(fā)明的前置單色儀中，準(zhǔn)直凹面鏡6位置固定，其反射的平行光束方向固定不變，故 光柵4的入射光方向不變；經(jīng)光柵4衍射后各不同波長(zhǎng)單色光向不同方向傳輸，只有平行于 聚光物鏡7光軸方向的單色光才能被會(huì)聚到位置固定的出射狹縫9進(jìn)而被后續(xù)測(cè)量使用， 該單色光才是衍射光，其傳播方向平行與聚光物鏡7光軸。由于聚光物鏡7的位置固定， 其光軸方向固定，即衍射光方向固定。當(dāng)光柵4轉(zhuǎn)到不同方向時(shí)，光柵法線方向就會(huì)變化， 雖然入射光和衍射光方向固定不變，但是光柵的入射角(入射光與法線的夾角)和衍射角 (衍射光與法線的夾角)卻隨之發(fā)生改變。要實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)、的單色光出射，光柵需轉(zhuǎn)到特 定角度，使得光柵入射角和出射角滿足光柵方程d(sin e -sin小)=mA "式中d為光柵常 數(shù)，9為入射角，小為衍射角，m為衍射級(jí)次，、為所需出射波長(zhǎng)。實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)、的單色光 出射后，重復(fù)步驟(2)，完成不同波長(zhǎng)的衍射效率測(cè)量。
(4)當(dāng)需要測(cè)量不同入射角的光柵衍射效率時(shí)，控制器20控制第三轉(zhuǎn)臺(tái)19轉(zhuǎn)到被 測(cè)光柵15，使被測(cè)光柵15的法線方向與準(zhǔn)直凹面鏡10的光軸方向的夾角隨之變化，即改變了入射角，重復(fù)步驟(1)和步驟(2)，即可完成不同入射角下光柵衍射效率測(cè)量。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)實(shí)施中，外光源1采用腔式黑體，溫度設(shè)定為500K，此時(shí)黑體在長(zhǎng) 波紅外8 12 ii m輻射較強(qiáng)；準(zhǔn)直凹面鏡6、聚光物鏡7基底采用硬鋁，表面鍍金，焦距為 300mm， 口徑75mm， F#為4 ;第一平面反射鏡3、第二平面反射鏡8、第三平面反射鏡11、第四 平面反射鏡16和標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡18基底采用硬鋁，表面鍍金，在長(zhǎng)波紅外8 12ym反射 率達(dá)到98%以上，面型精度PV小于0. 5 A ;入射狹縫2、出射狹縫9是通過齒輪精密傳動(dòng)控 制狹縫開口寬度，以調(diào)節(jié)入射及出射光強(qiáng)，寬度可調(diào)范圍在0. 01 3mm ;準(zhǔn)直凹面鏡10采 用基底為硬鋁的立軸拋物鏡，表面鍍金，立軸量30mm，焦距80mm ;聚光物鏡14采用基底為硬 鋁的立軸拋物鏡，表面鍍金，立軸量50mm，焦距100mm ;第一轉(zhuǎn)臺(tái)5、第二轉(zhuǎn)臺(tái)12和第三轉(zhuǎn)臺(tái) 19為材質(zhì)為銅合金的蝸輪，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸桿傳動(dòng)，可旋轉(zhuǎn)360度；第一步進(jìn)電機(jī)5、第 二步進(jìn)電機(jī)22和第三步進(jìn)電機(jī)23采用雷賽57HS09步進(jìn)電機(jī)；連接件17材質(zhì)為硬鋁。測(cè) 量單色儀殼體13的材質(zhì)為45#鋼，厚度8mm ;探測(cè)器20為HgCdTe紅外探測(cè)器；前置放大器 44采用8KKMH0402前置放大器；鎖相放大器45采用HB-212雙通道雙相鎖定放大器；控制 電腦47采用研祥工控機(jī)；步進(jìn)電機(jī)PCI控制卡48采用MPC07四軸運(yùn)動(dòng)控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器 49采用M325伺服驅(qū)動(dòng)。
權(quán)利要求
一種保持入射角不變的光柵衍射效率測(cè)試儀，包括外光源(1)、前置單色儀、測(cè)量單色儀和測(cè)量控制系統(tǒng)，其特征在于所述前置單色儀包括入射狹縫(2)、第一平面反射鏡(3)和第二平面反射鏡(8)、準(zhǔn)直凹面鏡(6)、聚光物鏡(7)、光柵(4)、第一轉(zhuǎn)臺(tái)(5)、出射狹縫(9)、前置單色儀殼體(51)、第一步進(jìn)電機(jī)(52)；所述測(cè)量單色儀包括準(zhǔn)直凹面鏡(10)、被測(cè)光柵(15)、標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡(18)、連接件(17)、第二轉(zhuǎn)臺(tái)(12)和第三轉(zhuǎn)臺(tái)(19)、第二步進(jìn)電機(jī)(22)和第三步進(jìn)電機(jī)(23)、第三平面反射鏡(11)和第四平面反射鏡(16)、聚光物鏡(14)、測(cè)量單色儀殼體(13)；所述測(cè)量控制系統(tǒng)包括探測(cè)器(20)和控制器(21)；在所述前置單色儀殼體(51)的左右兩側(cè)分別有入射狹縫(2)和出射狹縫(9)；第一平面反射鏡(3)和第二平面反射鏡(8)均與入射光成45度放置，兩個(gè)反射鏡的反射面分別朝右左，第一平面反射鏡(3)將入射光反射到準(zhǔn)直凹面鏡(6)，第二平面反射鏡(8)將入射光反射到出射狹縫；準(zhǔn)直凹面鏡(6)和聚光物鏡(7)對(duì)稱安置，且準(zhǔn)直凹面鏡(6)和聚光物鏡(7)的反射面朝向下，兩鏡的光軸方向分別平行于前置單色儀殼體(51)左右邊線，兩鏡的焦點(diǎn)分別位于入射狹縫(2)和出射狹縫(9)上，準(zhǔn)直凹面鏡(6)的反射平行光射向光柵(4)，光柵(4)的衍射光射向聚光物鏡(7)，聚光物鏡(7)的反射會(huì)聚光射向第二平面反射鏡(8)；光柵(4)固定在第一轉(zhuǎn)臺(tái)(5)上，由控制器(21)通過第一步進(jìn)電機(jī)(52)控制第一轉(zhuǎn)臺(tái)(5)的角度；在所述測(cè)量單色儀的測(cè)量光路中，反射準(zhǔn)直鏡(10)和反射聚光鏡(14)對(duì)稱安裝在測(cè)量單色儀殼體(13)的左上方和左下方，兩鏡的反射面朝向右，兩鏡的光軸方向與殼體(13)的上下邊平行，反射準(zhǔn)直鏡(10)的焦點(diǎn)位于前置單色儀的出射狹縫(9)，反射聚光鏡(14)的焦點(diǎn)位于探測(cè)器(20)的光敏面，反射準(zhǔn)直鏡(10)的反射準(zhǔn)直光射向被測(cè)光柵(15)或標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡(18)，反射聚光鏡(14)的反射會(huì)聚光射向探測(cè)器(20)光敏面；被測(cè)光柵(15)和平面反射鏡(18)由連接件(17)連接并固定在第三轉(zhuǎn)臺(tái)(19)上，第三轉(zhuǎn)臺(tái)(19)由第三步進(jìn)電機(jī)(23)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)不同角度進(jìn)行不同入射角的測(cè)試；第三平面反射鏡(11)和第四平面反射鏡(16)相向安裝，兩鏡反射面分別朝向右左，安裝方向與入射光成45度角，第三平面反射鏡(11)的反射光射向第四平面反射鏡(16)，第四平面反射鏡(16)的反射光射向反射聚光鏡(14)；第二步進(jìn)電機(jī)(22)和第三步進(jìn)電機(jī)(23)通過控制器(21)控制，控制器(21)控制第三步進(jìn)電機(jī)(23)驅(qū)動(dòng)第三轉(zhuǎn)臺(tái)(19)旋轉(zhuǎn)180度后更換測(cè)量模式，由衍射光測(cè)量模式切換入射光測(cè)量模式或者反向切換，完成一次衍射效率的測(cè)試；探測(cè)器(20)的測(cè)量結(jié)果和衍射效率計(jì)算由控制器(21)計(jì)算處理并顯示。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種保持入射角不變的光柵衍射效率測(cè)試儀，其特征在所 述的控制器(21)包括探測(cè)器數(shù)據(jù)輸出(43)、前置放大器(44)、鎖相放大器(45)、A/D轉(zhuǎn)化 卡(46)、控制電腦(47)、步進(jìn)電機(jī)PCI控制卡(48)、伺服驅(qū)動(dòng)器(49);控制電腦(47)對(duì)步 進(jìn)電機(jī)PCI控制卡(48)發(fā)出指令，啟動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)器(49)輸出三路驅(qū)動(dòng)信號(hào)(50)，帶動(dòng)測(cè)量 單色儀中的第二步進(jìn)電機(jī)(22)和第三步進(jìn)電機(jī)(23)和前置單色儀中第一步進(jìn)電機(jī)(52)， 驅(qū)使第二轉(zhuǎn)臺(tái)(12)、第三轉(zhuǎn)臺(tái)(19)和第一轉(zhuǎn)臺(tái)(5)轉(zhuǎn)動(dòng)到所需要的角度，完成某一波長(zhǎng)的 光柵衍射效率測(cè)量光路調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)完畢后探測(cè)器(20)將輻射量轉(zhuǎn)換為輸出電信號(hào)(43)，前 置放大器(44)將探測(cè)器(20)的輸出電信號(hào)(43)放大，傳送給鎖相放大器(45)解調(diào)，鎖相 放大器(45)將解調(diào)信號(hào)傳送到A/D轉(zhuǎn)換器(46)完成模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)化，控制電 腦(47)接受來自A/D轉(zhuǎn)換器(46)的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行計(jì)算處理和結(jié)果顯示，完成該波長(zhǎng)的光 柵衍射效率測(cè)量。 2
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種保持入射角不變的光柵衍射效率測(cè)試儀，其特征在于在所述測(cè)量單色儀的測(cè)量光路中，所述標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡(18)的反射面(A)和被測(cè)光柵(15) 的刻劃面(B)平行。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種保持入射角不變的光柵衍射效率測(cè)試儀，其特征在于 所述標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡(18)和被測(cè)量光柵(15)通過螺釘與連接件(17)豎直板上的螺孔連 接在一起，標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡(18)的反射面和被測(cè)量光柵(15)的刻劃面均背向連接件(17) 朝向外；連接件(17)通過水平底板上的螺孔經(jīng)螺釘固定在第三轉(zhuǎn)臺(tái)(19)上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種保持入射角不變的光柵衍射效率測(cè)試儀，其特征在于 所述的外光源(1)為腔式黑體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種保持入射角不變的光柵衍射效率測(cè)試儀，其特征在于 所述的探測(cè)器(20)為HgCdTe紅外探測(cè)器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種保持入射角不變的光柵衍射效率測(cè)試儀，其特征在于 所述的入射狹縫(2)和出射狹縫(9)的狹縫寬度可調(diào)范圍在0. 01 3mm。
全文摘要
一種保持入射角不變的光柵衍射效率測(cè)試儀包括外光源系統(tǒng)、前置分光單色儀、測(cè)量單色儀、測(cè)量控制系統(tǒng)。前置單色儀的殼體外帶有兩個(gè)狹縫，分別為入射狹縫和出射狹縫，殼體內(nèi)部是光柵色散分光系統(tǒng)。衍射效率測(cè)量單色儀是通過加入一塊可旋轉(zhuǎn)平面反射鏡控制光柵衍射光束傳播方向，調(diào)節(jié)因波長(zhǎng)不同帶來的衍射方向不同，使之始終保持一個(gè)方向入射到會(huì)聚物鏡上，最終成像在固定位置的探測(cè)器上，完成測(cè)量。測(cè)量過程中待測(cè)光柵不需要轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試條件的一致測(cè)量不同波長(zhǎng)的衍射效率時(shí)入射角保持不變。同時(shí)的測(cè)量系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)平面反射鏡采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，測(cè)試過程自動(dòng)化程度高，測(cè)試結(jié)果可信。
文檔編號(hào)G01M11/02GK101701867SQ20091023766
公開日2010年5月5日 申請(qǐng)日期2009年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日
發(fā)明者任棲峰, 廖勝, 李強(qiáng), 沈忙作, 譚述亮, 陳為, 韓維強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所