專利名稱：一種利用橢球面反射鏡測量反射式光柵衍射效率的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量光柵衍射效率曲線的方法及系統(tǒng)，尤其涉及一種利用橢球面反射鏡測量反射式光柵衍射效率的裝置。
背景技術(shù)：
光柵是一種重要的分光光學(xué)元件，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代光學(xué)的各個領(lǐng)域。利用光柵的分光性質(zhì)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(jìn)行實際器件設(shè)計時，首先要準(zhǔn)確知道光柵周期，光柵折射率調(diào)制度及有效厚度等光柵特有參數(shù)。這些參數(shù)的確定可以通過研究光柵衍射效率曲線得到。在進(jìn)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(dāng)光柵周期較大時，在衍射方向出現(xiàn)了多級衍射，針對某一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一個位置，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(dāng)波長不變時，衍射角會隨入射角的改變而發(fā)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(nèi)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(zhuǎn)臺來改變?nèi)肷浣?，手動改變探測器的位置進(jìn)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(dāng)光波近似垂直入射到光柵表面時，其衍射光波在入射光波附近。在探測衍射光能量時，探測器將出現(xiàn)擋光現(xiàn)象而使衍射效率的測量出現(xiàn)測量盲區(qū)。近來雖然有提出一種實現(xiàn)對光柵衍射效率進(jìn)行自動掃描測量裝置(專利號CN101545826)，可以直接探測接近全角度范圍內(nèi)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(nèi)隨著入射角改變而旋轉(zhuǎn)，這使得測量系統(tǒng)需要很大的空間，不利于將該系統(tǒng)組裝成儀器，進(jìn)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(zhuǎn)臺上的探測器進(jìn)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，也大大的增加了測量系統(tǒng)對實驗成本的要求。另外在兩個探測器轉(zhuǎn)換的過程中有可能存在測量盲區(qū)及判斷誤差。
發(fā)明內(nèi)容要解決的技術(shù)問題為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種利用橢球面反射鏡測量反射式光柵衍射效率的裝置。本發(fā)明的思想在于光的傳播服從費馬原理，即在光所經(jīng)歷的所有可能的傳播路徑中，實際路徑所對應(yīng)的光程取極值。根據(jù)橢圓的幾何性質(zhì)，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，位于橢球面反射鏡一個焦點上的光源，經(jīng)橢球面反射鏡的反射，必定經(jīng)過橢球面反射鏡的另一個焦點。如圖I所示，由焦點I發(fā)出的光經(jīng)橢球面反射鏡反射，均能在焦點2上接收。[0009]技術(shù)方案一種利用橢球面反射鏡測量反射式光柵衍射效率的裝置，其特征在于包括激光器
I、光束分束器2、擴束準(zhǔn)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I的激光光路上設(shè)置光束分束器2，光束分束器2將激光器I發(fā)出的光束分為光強比為I : I的第一光束和第二光束；在第二光束的光路中設(shè)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(shè)置擴束準(zhǔn)直鏡9，將其準(zhǔn)直為直徑小于Imm的平行光束，被測反射式光柵設(shè)置在準(zhǔn)直光束的光路上，橢球面反射鏡6設(shè)置在被測反射式光柵衍射光束的光路上；其中準(zhǔn)直平行光束在被測反射式光柵上的入射點為橢球面反射鏡的一個焦點，在橢球面反射鏡的另一個焦點處設(shè)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(shù)值除以第二光功率探測器7測量得到的光強的兩倍，得到被測反射式光柵的衍射效率。將被測反射式光柵置于旋轉(zhuǎn)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(diào)整擴束準(zhǔn)直鏡后的平行光束照射到被測反射式光柵上，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)臺3使得被測反射式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(jìn)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(shù)值除以第二光功率探測器7測量得到的光強的兩倍，得到變化的被測反射式光柵的系列衍射效率。有益效果本發(fā)明提出的一種利用橢球面反射鏡測量反射式光柵衍射效率的方法及系統(tǒng)，將橢球面反射鏡引入到測量系統(tǒng)。橢球面反射鏡的特點是將從一個焦點發(fā)出的所有光都引導(dǎo)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(tǒng)可以在大角度范圍內(nèi)自動實時的接受衍射光能量。可以對衍射光能量進(jìn)行全程自動探測，節(jié)省了系統(tǒng)空間。有效縮小該測量系統(tǒng)的體積和減輕其重量，同時實現(xiàn)了衍射效率的實時定點測量。此外，只需整體調(diào)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。

圖I :是從橢球面反射鏡一個焦點上發(fā)出的不同方向的光匯聚到另一焦點上的示意圖；圖2 :是本發(fā)明測量反射式光柵衍射效率的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3 :是本發(fā)明實施例被測光柵衍射效率的角度選擇性曲線圖中1-激光器，2-光束分束器，3-旋轉(zhuǎn)臺，4-三維調(diào)節(jié)架，5-反射式光柵，6-橢球面反射鏡，7-第二光功率探測器，8-第一光功率探測器，9-擴束準(zhǔn)直鏡。
具體實施方式
現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述實施例本發(fā)明設(shè)計的一種利用橢球面反射鏡測量反射式光柵衍射效率的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，包括激光器I，光束分束器2，旋轉(zhuǎn)臺3，三維調(diào)節(jié)架4，反射式光柵5，橢球面反射鏡6，第二光功率探測器7，第一光功率探測器8，擴束準(zhǔn)直鏡9。所述的一種實現(xiàn)所述利用橢球面反射鏡測量反射式光柵衍射效率的裝置工作流程如下光纖I禹合輸出He-Ne激光器I發(fā)出的波長為632nm的激光束經(jīng)分光比為I : I的光纖分束器2分為第一光束和第二光束；第二光束的光強P1被第二光功率探測器探測測量；將反射式光柵5固定在三維調(diào)節(jié)架4上，并整體固定于旋轉(zhuǎn)臺3上；第一光束被擴束準(zhǔn)直鏡10擴束準(zhǔn)直成直徑不大于Imm的平行光束并入射到反射式光柵5上；調(diào)整三維調(diào)節(jié)架4和旋轉(zhuǎn)臺3，其中準(zhǔn)直平行光束在被測反射式光柵上的入射點為橢球面反射鏡6的一個焦點，在橢球面反射鏡6的另一個焦點處設(shè)置第一光功率探測器8，并測量得到其強度值P2 ;用測量得到的會聚點處的光強數(shù)值P2除以第二光束光強P1的兩倍，得到被測光柵的衍射效率；以0.00125°的精度改變從40°到55°改變平行光束并入射到反射式光柵5上的入射角，得到衍射效率系列值；以入射角為橫軸，衍射效率為縱軸，得到如圖3所示的被測光柵衍射效率的角度選擇性曲線?！?br> 權(quán)利要求1.一種利用橢球面反射鏡測量反射式光柵衍射效率的裝置，其特征在于包括激光器(I)、光束分束器(2)、擴束準(zhǔn)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(I)的激光光路上設(shè)置光束分束器(2)，光束分束器(2)將激光器(I)發(fā)出的光束分為光強比為I : I的第一光束和第二光束；在第二光束的光路中設(shè)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(shè)置擴束準(zhǔn)直鏡(9)，將其準(zhǔn)直為直徑小于1_的平行光束，被測反射式光柵設(shè)置在準(zhǔn)直光束的光路上，橢球面反射鏡(6)設(shè)置在被測反射式光柵衍射光束的光路上；其中準(zhǔn)直平行光束在被測反射式光柵上的入射點為橢球面反射鏡的一個焦點，在橢球面反射鏡的另一個焦點處設(shè)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(shù)值除以第二光功率探測器(7)測量得到的光強的兩倍，得到被測反射式光柵的衍射效率。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述利用橢球面反射鏡測量反射式光柵衍射效率的裝置，其特征在于將被測反射式光柵置于旋轉(zhuǎn)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(diào)整擴束準(zhǔn)直鏡后的平行光束照射到被測反射式光柵上，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)臺(3)使得被測反射式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(jìn)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(shù)值除以第二光功率探測器(7)測量得到的光強的兩倍，得到變化的被測反射式光柵的系列衍射效率。
專利摘要本實用新型涉及一種利用橢球面反射鏡測量反射式光柵衍射效率的裝置，將橢球面反射鏡引入到測量系統(tǒng)。橢球面反射鏡的特點是將從一個焦點發(fā)出的所有光都引導(dǎo)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(tǒng)可以在大角度范圍內(nèi)自動實時的接受衍射光能量?？梢詫ρ苌涔饽芰窟M(jìn)行全程自動探測，節(jié)省了系統(tǒng)空間。有效縮小該測量系統(tǒng)的體積和減輕其重量，同時實現(xiàn)了衍射效率的實時定點測量。此外，只需整體調(diào)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。
文檔編號G01M11/02GK202433174SQ20122001153
公開日2012年9月12日 申請日期2012年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月4日
發(fā)明者吳冰靜, 姜宏振, 張顏艷, 王駿, 趙建林, 邸江磊, 陳鑫 申請人:西北工業(yè)大學(xué)