雙光路切換互參考高精度aotf性能測(cè)試裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本專利設(shè)及光學(xué)測(cè)量技術(shù)，具體指一種雙光路切換互參考高精度AOTF性能測(cè)試 裝置，它用于實(shí)現(xiàn)高精度的聲光可調(diào)諧濾光器性能測(cè)試。
【背景技術(shù)】：
[0002] 聲光可調(diào)諧濾光器（Acousto-optictun油Iefilter,AOTFO是一種新型的色散分 光器件，其基于聲光效應(yīng)，通過射頻可實(shí)現(xiàn)電調(diào)諧光譜濾波，因其全固態(tài)的結(jié)構(gòu)而具有較好 的力、熱特性；因其電調(diào)諧光譜濾波而具有靈活的光譜選擇性能；且具有光譜采樣間隔可 控，波長(zhǎng)掃描快速等優(yōu)點(diǎn)。非常適應(yīng)光譜探測(cè)對(duì)靈活高效的數(shù)據(jù)獲取要求，目前該項(xiàng)技術(shù)已 廣泛應(yīng)用于非成像及成像光譜儀器設(shè)備當(dāng)中。
[000引AOTF的分光原理姻附圖1所示，AOTF由聲光介質(zhì)（一般為Te02)、聲波吸收器和 換能器組成。當(dāng)一束復(fù)色光通過一個(gè)高頻振動(dòng)的具有光學(xué)彈性的晶體時(shí)，滿足動(dòng)量匹配的 某一波長(zhǎng)的光矢量與聲波矢量將會(huì)在晶體內(nèi)部產(chǎn)生非線性作用產(chǎn)生衍射光束，W-定的衍 射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從晶體出射，由 此達(dá)到分光的效果。當(dāng)晶體振動(dòng)頻率改變時(shí)，衍射出單色光的波長(zhǎng)也相應(yīng)改變，從而實(shí)現(xiàn)電 調(diào)諧光濾波。AOTF衍射性能包括衍射效率、光譜分辨率等，其性能與波長(zhǎng)及晶體本身的參數(shù) 有關(guān)，對(duì)AOTF衍射性能的測(cè)試通常需要實(shí)現(xiàn)全波段覆蓋。
[0004] 利用激光作為光源，采用能量接收系統(tǒng)對(duì)零級(jí)及衍射光能進(jìn)行測(cè)量及計(jì)算，從而 得出AOTF的衍射效率，是可行手段之一。但該手段由于激光器的單色性限制無法滿足對(duì) AOTF進(jìn)行連續(xù)譜段測(cè)試的需求。利用波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器作為連續(xù)可調(diào)光源是另一種可行的 解決方式（專利CN101706361)，如圖2所示，該方法通過光源的連續(xù)可調(diào)，并利用分束鏡降 低光能不穩(wěn)定性對(duì)測(cè)試精度的影響，可W實(shí)現(xiàn)寬波段及較高精度的測(cè)試。但是該方法也存 在局限性，主要表現(xiàn)為；（1)寬譜段測(cè)試時(shí)需要切換適應(yīng)不同譜段的分束鏡，同時(shí)為保證測(cè) 試精度需要測(cè)試該分束鏡的波長(zhǎng)-分束曲線，費(fèi)時(shí)費(fèi)力；（2)當(dāng)對(duì)AOTF器件的±1級(jí)中的某 一級(jí)（如+1級(jí)）完成測(cè)試后，對(duì)另一級(jí)（如-1級(jí)）需要額外的安裝夾器，并要重新調(diào)整光 路，操作性及一致性較差；（3)基矢的偏差及分束鏡自身的性能穩(wěn)定性均將影響測(cè)試精度。 專利（CN103913297)提出利用聲光器件自身特性實(shí)現(xiàn)光能參考的AOTF測(cè)試方法。如圖3 所示，該方法通過交換兩個(gè)能量計(jì)的位置交替測(cè)量0級(jí)光和衍射光的光強(qiáng)，可有效消除光 源的不穩(wěn)定W及探測(cè)器響應(yīng)不一致對(duì)測(cè)量的影響。但該方法所述的兩個(gè)能量計(jì)位置交換過 程將引入對(duì)準(zhǔn)位置偏差，從而對(duì)測(cè)試精度造成影響；另外，能量計(jì)的位置交換及格蘭棱鏡切 換±1級(jí)光的操作，也不可避免地引起后續(xù)測(cè)試光路的變化，對(duì)操作要求高且影響儀器穩(wěn) 定性。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005] 本專利的目的是提供一種新穎的利用可切換組件實(shí)現(xiàn)雙光路互參考的高精度AOTF分光器件性能測(cè)試裝置。
[0006] 其中光路切換組件（反射動(dòng)鏡）實(shí)現(xiàn)±I級(jí)測(cè)試光路的穩(wěn)定、便攜切換；探測(cè)器旋 轉(zhuǎn)裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)雙光路互參考交替測(cè)試。本專利可在有效消除了光能不穩(wěn)定性及能量計(jì)探頭 響應(yīng)不一致的影響情況下，實(shí)現(xiàn)±1級(jí)光路的快速切換測(cè)試的同時(shí)消除對(duì)后續(xù)光路系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)的影響。與現(xiàn)有技術(shù)相比，存在W下幾方面的顯著進(jìn)步；1)提供一種新穎的測(cè)試方法及 裝置，旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)雙光路的交互參考探測(cè)，形成相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理公式，消除光能不穩(wěn)定性及 能量計(jì)探頭響應(yīng)不一致引入的AOTF衍射性能測(cè)試誤差；2)提供一種新穎的測(cè)試方法裝置， 實(shí)現(xiàn)AOTF+1級(jí)光衍射性能測(cè)試光路便攜穩(wěn)定的切換。該專利具有測(cè)試光路緊湊、測(cè)試步 驟簡(jiǎn)明易操作、數(shù)據(jù)處理方法及流程明確等特點(diǎn)，在提高測(cè)試精度及系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí)可 實(shí)現(xiàn)高效率測(cè)試。
[0007] 基本原理；如圖1所示，根據(jù)聲光互作用原理，當(dāng)一束復(fù)色光通過AOTF時(shí)，該復(fù)色 光分成兩束線偏振光，即O光與e光。當(dāng)射頻驅(qū)動(dòng)頻率施加在晶體上后，其中e光發(fā)生衍射 后，形成+1級(jí)衍射光（0光）及0級(jí)光；O光同時(shí)也發(fā)生衍射，形成-1級(jí)衍射光（e光）及 0級(jí)光。利用待測(cè)AOTF晶體的O光衍射后的-1級(jí)光及0級(jí)光能總量與入射O光一致，e光 衍射后的+1級(jí)衍射光及0級(jí)光能總量也與入射e光一致的特性，可W測(cè)試衍射性能。
[0008] 測(cè)試方法及裝置：
[0009] 1)如圖6所示，測(cè)試裝置包括可調(diào)諧激光器1、中性密度濾光片2、小孔光闊3、格 蘭棱鏡4、二維電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)5、待檢AOTF晶體及射頻驅(qū)動(dòng)器6、反射動(dòng)鏡7、探測(cè)器及探測(cè)器旋 轉(zhuǎn)裝置8。
[0010] 可調(diào)諧激光器1波長(zhǎng)范圍210nm-2300nm，功率40mW-80mW。
[0011] 中性密度濾光片2衰減范圍10% -80%。
[001引 小孔光闊3孔徑范圍在0.OSmm-O. 15mm。
[0013] 反射動(dòng)鏡7反射率大于99%。探測(cè)器響應(yīng)波長(zhǎng)210nm-2300nm，旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)角度 范圍 0° -180°。
[0014] 測(cè)試時(shí)，波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器1出射的激光光束先后通過中性密度濾光片2、小孔光 闊3、格蘭棱鏡4后得到線偏振準(zhǔn)單色激光并垂直入射A0TF6上，射頻驅(qū)動(dòng)器對(duì)A0TF6施加 一定的射頻驅(qū)動(dòng)，調(diào)整反射動(dòng)鏡7的角度，使0級(jí)光和其中一級(jí)衍射光（如-1級(jí)）反射至 探測(cè)器旋轉(zhuǎn)裝置，實(shí)現(xiàn)測(cè)試。
[001引其中，探測(cè)器旋轉(zhuǎn)裝置做處于0°及180°時(shí)可實(shí)現(xiàn)第一能量計(jì)探頭8.1 和第二能量計(jì)探頭8. 2分別對(duì)0級(jí)光和-1級(jí)衍射光便攜穩(wěn)定切換交互探測(cè)，由
(n為待檢AOTF的衍射效率，EO為第一能量計(jì)探頭8. 1接收到探測(cè)器 旋轉(zhuǎn)裝置處于0°時(shí)的0級(jí)光能量，El為此時(shí)第二能量計(jì)探頭8. 2接收到的衍射光能量；E0'為第一能量計(jì)探頭8.1接收到探測(cè)器旋轉(zhuǎn)裝置處于180°的衍射光能量，E1'為此時(shí)第 二能量計(jì)探頭8. 2接收到的0級(jí)光能量）處理，通過雙光路互參考探測(cè)消除光源不穩(wěn)定性 及能量計(jì)探頭響應(yīng)不一致的影響，實(shí)現(xiàn)聲光可調(diào)諧濾光器衍射效率的高精度測(cè)試；
[0016] 其中反射動(dòng)鏡7轉(zhuǎn)動(dòng)并結(jié)合格蘭棱鏡4的旋轉(zhuǎn)角度改變?nèi)肷涔獾钠駹顟B(tài)，實(shí)現(xiàn) AOTF-I級(jí)衍射光至+1級(jí)光及其探測(cè)光路的切換，完成對(duì)AOTF-I級(jí)衍射光效率的測(cè)試。
[0017] 2)測(cè)試裝置中反射動(dòng)鏡的位置及參數(shù)按如下方法確定，如附圖4所示，設(shè)衍射角 為e，反射鏡中屯、離出射位置的距離為以〇級(jí)光線距探測(cè)器的垂直距離為H，M為兩探測(cè)器 的水平距離。當(dāng)晶體衍射光為-1級(jí)時(shí)，反射鏡的位置為A，與水平方向的夾角為a;當(dāng)衍射 光為+1級(jí)時(shí)，反射鏡的位置為B，與水平方向的夾角為丫。兩次反射動(dòng)鏡的旋轉(zhuǎn)均恰好滿 足光路反射至兩能量計(jì)探頭的中屯、位置。則根據(jù)幾何光學(xué)原理，應(yīng)滿足：
[0018]
[0019]衍射角0，反射鏡中屯、離出射位置的距離為L(zhǎng)O級(jí)光線距探測(cè)器的垂直距離H- 旦確定，對(duì)于-1級(jí)衍射光，其與水平方向的夾角為a,滿足a>45° +0/2，M的大小由 上式?jīng)Q定，當(dāng)移動(dòng)反射動(dòng)鏡時(shí)，其與水平方向的夾角丫滿足如下方程：
[0020] tan(2a-90° )tan(2a-90° - 0)+tan巧0。-2 丫）tan( 0-90。+2 丫）= 0
[0021] 由此確定反射動(dòng)鏡的位置及兩次旋轉(zhuǎn)的角度。實(shí)現(xiàn)±1級(jí)衍射光切換及測(cè)量。
[0022] 3)測(cè)試裝置中探測(cè)器及探測(cè)器旋轉(zhuǎn)裝置8及第一能量計(jì)探頭8. 1、第二能量計(jì)探 頭8. 2具備如下特點(diǎn)：探測(cè)器及探測(cè)器旋轉(zhuǎn)裝置8的轉(zhuǎn)軸通過第一能量計(jì)探頭8. 1及第二 能量計(jì)探頭8. 2光敏面的中屯、且與能量計(jì)探頭8. 1、8. 2連線旋轉(zhuǎn)形成的平面垂直，切換方 便且可有效避免能量計(jì)交換產(chǎn)生的位置偏差；測(cè)試裝置中的小孔光闊3尺寸小于探測(cè)器光 敏面尺寸，進(jìn)一步消除位置切換對(duì)測(cè)試的影響，實(shí)現(xiàn)光路及測(cè)量的穩(wěn)定。
[0023] 4)測(cè)試裝置采用寬譜段格蘭棱鏡及其旋轉(zhuǎn)調(diào)整夾器切換并微調(diào)入射線偏振光相 位，在提高光學(xué)效率的同時(shí)適應(yīng)±1級(jí)衍射性能測(cè)試對(duì)光源的需求并降低偏振基矢偏差對(duì) 測(cè)試精度的影響。
[0024] 具體分析及說明：
[00巧]1)測(cè)試時(shí)，調(diào)整波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器的波長(zhǎng)，對(duì)A0TF6施加一定射頻驅(qū)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)格蘭 棱鏡，旋轉(zhuǎn)反射動(dòng)鏡至位置A，測(cè)試-1級(jí)衍射光的衍射效率。第一能量計(jì)探頭8. 1接收到 的0級(jí)光能量為E。，第二能量計(jì)探頭8. 2接收到的衍射光能量為Ei;將探測(cè)器旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn) 180°，實(shí)現(xiàn)兩能量計(jì)探頭對(duì)兩路光的光交替測(cè)量，即第二能量計(jì)探頭8. 2接收到的0級(jí)光 能量為E。'，第一能量計(jì)探頭8. 1接收到的衍射光能量為E/，衍射效率的計(jì)算公式如下：
[0026]
[0027] 分析如下；考慮到波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器1能量不穩(wěn)定，同一型號(hào)的兩個(gè)能量計(jì)探頭 的響應(yīng)率也存在偏差，會(huì)降低測(cè)試結(jié)果的精度，通過上述探測(cè)器旋轉(zhuǎn)裝置實(shí)現(xiàn)兩能量計(jì)探 頭對(duì)兩路光的交替測(cè)量并通過上述公式計(jì)算可有效提高精度。
[0028] 設(shè)對(duì)A0TF6施加一定射頻驅(qū)動(dòng)后，0級(jí)光的實(shí)際能量為e。，衍射光的實(shí)際能量為61， 其理想