專利名稱：一種光路對稱分布的光柵衍射效率測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光譜技術(shù)領(lǐng)域中涉及的一種光路對稱分布的光柵衍射效率測試儀。
二、技術(shù)背景在物理光學(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，它直接影響光譜儀器的能量傳輸特性。對于光柵的用戶來說，光柵的衍射效率是有嚴格要求的，同一塊光柵對于某一波長λ的不同級次的衍射效率是不同的。因此，光柵的客戶往往對所需求的光柵提出要求，要求光柵的衍射效率在某一波長λ的第m級次的衍射效率必須達到規(guī)定的技術(shù)指標要求，比如70％以上。所以光柵的研制和生產(chǎn)單位，對它所研制、生產(chǎn)出的光柵要進行光柵衍射效率的測試。
世界上研制或生產(chǎn)光柵的國家，對光柵的衍射效率都建立了相應(yīng)的測試方法，研制出測試儀器，在測試儀器中普遍采用兩臺單色儀的結(jié)構(gòu)形式，與本發(fā)明最為接近的已有技術(shù)，是美國光譜物理公司光柵實驗室采用的衍射效率測量儀，如圖1所示包括光源外光路、前置單色儀、測量單色儀、控制系統(tǒng)。光源外光路包括光源1、聚光鏡2和9；前置單色儀包括入射狹縫3、準直鏡4、光柵5、成像物鏡6、平面反射鏡7、出射狹縫8、殼體19、測量單色儀包括入射狹縫10、準直鏡11、被測光柵12或標準反射鏡13、成像物鏡14、出射狹縫15、殼體18；控制系統(tǒng)包括光電倍增管16、控制器17。
從圖1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5和測量單色儀中的被測光柵12相對于波長λ同步轉(zhuǎn)動來完成衍射效率的測定。
自動測量過程是1、由控制系統(tǒng)同時控制光柵5和被測光柵12的連續(xù)轉(zhuǎn)動角速度，以保證前置單色儀與測量單色儀輸出同一波長的單色光；
2、被測光柵12和標準平面反射鏡13快速地相互置換，以保證光電倍增管在較短的時間間隔內(nèi)接收到分別由被測光柵12的衍射光和標準平面反射鏡13的反射光在光電倍增管產(chǎn)生的電流并計算它們的比值；3、當(dāng)光柵5和被測光柵12轉(zhuǎn)動到下一個波長時，反復(fù)重復(fù)步驟1和2就可以得到不同波長的衍射效率。
該種結(jié)構(gòu)裝置存在的問題控制系統(tǒng)非常復(fù)雜，主要體現(xiàn)在因被測光柵的刻線密度不是固定的，所以前置單色儀中的光柵和被測光柵的波長同步精度不易保證；被測光柵和標準平面反射鏡互相置換后，都需要在一個較小的范圍內(nèi)進行微小調(diào)整，以保證光柵的衍射光和標準平面反射鏡的反射光完全進入到光電倍增管中被接收；受前置單色儀的限制，只能測定固定波長范圍的衍射效率。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)存在的缺點，本發(fā)明的目的在于在測試儀器中由原來采用兩塊光柵諧調(diào)匹配變?yōu)椴捎靡粔K光柵工作，從而大大簡化機械和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少手工操作量，降低工作強度，縮短測量時間，提高工作效率，為此，特設(shè)計一種光路對稱分布的光柵衍射效率測試儀。
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種光路對稱分布的光柵衍射效率測試儀。
解決技術(shù)問題的技術(shù)方案如圖2、圖3和圖4所示包括光源外光路、測量單色儀、控制系統(tǒng)。光源外光路包括光源20、反射聚光鏡21、平面反射鏡22、測量單色儀包括入射狹縫23、凹面準直鏡24、被測光柵25、光柵轉(zhuǎn)臺26、平面反射鏡27、反射聚光鏡28、反透吸收調(diào)制盤29、準直鏡30、平面反射鏡31和32、反射聚光鏡33、半反半透鏡34、出射狹縫35、殼體38；控制系統(tǒng)包括接收器36、控制器37。
在測量單色儀的殼體38外側(cè)的光源外光路上，在光源20的光的傳播方向上安置有反射聚光鏡21和平面反射鏡22，使經(jīng)過反射聚光鏡21和平面反射鏡22的反射光線，在殼體38上的入射狹縫23處聚焦并入射到測量單色儀中；測量單色儀是一個在殼體38內(nèi)，以反透吸收光調(diào)制盤29和半反半透鏡34為界的光路對稱分布的測量單色儀，反透吸收光調(diào)制盤29和半反半透鏡34的上邊為測量光路，下邊為參考光路；測量光路中的凹面準直鏡24和參考光路中的反射聚光鏡33對稱安裝，該兩鏡的反射面朝向左，凹面準直鏡24的反射準直光射向被測光柵25，反射聚光鏡33的反射準直光射向半反半透鏡34；被測光柵25和平面反射鏡32對稱安裝，被測光柵25的光柵表面和平面反射鏡32的反射面朝向右，被測光柵25衍射的單色光射向平面反射鏡27，平面反射鏡32的反射光射向反射聚光鏡33；平面反射鏡27和平面反射鏡31對稱安裝，它們分別和各自的入射光線成一定的角度安裝，平面反射鏡27的反射面朝向反射聚光鏡28，準直鏡30的反射面朝向平面反射鏡31；反射聚光鏡28和準直鏡30對稱安裝，它們的反射面相對，反透吸收光調(diào)制盤29置于反射聚光鏡28到準直鏡30的光路上，且在反射聚光鏡28的焦平面上，半反半透鏡34置于入射狹縫23的右面入射光線并與入射光線成一定的角度安置；放置被測光柵25的光柵轉(zhuǎn)臺26可正逆時針轉(zhuǎn)動，通過導(dǎo)線與控制器37連接，出射狹縫35置于半反半透鏡34反射光的光軸線上，在出射狹縫35的出射光軸線上裝有接收器36，接收器36通過導(dǎo)線與控制器37連接。
控制器37的結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括前置放大器39、程控放大器40、濾波器41、A/D轉(zhuǎn)換器42、單片機43、PC個人計算機44、LED顯示器45、驅(qū)動模塊46、步進電機47。
控制器37的信號源來自接收器36，前置放大器39接收到來自接收器36的電信號以后，將信號放大，傳送給程控放大器40，程控放大器40把接收到的信號放大到規(guī)定的范圍內(nèi)，傳送給濾波器41，濾波器41把接收信號中的噪聲去掉，傳送給A/D轉(zhuǎn)換器42，A/D轉(zhuǎn)換器42將接收到的模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號，傳送給單片機43，經(jīng)單片機43的初步運算處理后，將運算處理結(jié)果傳送給PC個人計算機44，同時，對程控放大器40和A/D轉(zhuǎn)換器42進行控制，單片機43控制驅(qū)動模塊46驅(qū)動步進電機47帶動光柵轉(zhuǎn)臺26轉(zhuǎn)動，來完成光柵衍射效率的測定。
工作原理說明光源20發(fā)出的連續(xù)光譜經(jīng)反射聚焦鏡21和平面反射鏡22通過入射狹縫23入射到測試儀中，經(jīng)凹面準直鏡24變成平行光后到達被測光柵25，連續(xù)光譜經(jīng)被測測光柵25衍射，其中波長為λ的單色光經(jīng)平面反射鏡27反射到反射聚光鏡28，反射聚光鏡28將平行光束會聚到焦點，在其焦點位置安裝一個反透吸收光調(diào)制盤29，在t1時刻時，反透吸收光調(diào)制盤29將入射到其反射面上的單色光按原路反回，經(jīng)反射聚光鏡28準直變成平行光，由平面反射鏡27反射到被測光柵25上，單色光經(jīng)被測光柵25衍射后由凹面準直鏡24匯聚，并經(jīng)半反半透鏡34反射，通過出射狹縫35進入到接收器36，記錄此時的電流為I1；在時刻t1+δt時，反透吸收光調(diào)制盤29的狀態(tài)為透光，單色光由準直鏡30準直成平行光，經(jīng)平面反射鏡31和32反射后，由反射聚光鏡33匯聚，并經(jīng)半反半透鏡34反射，經(jīng)出射狹縫35進入到接收器36，記錄此時的電流為I0。最后計算出被測光柵25對波長為λ的單色光的衍射效率η＝I1/I0。因控制系統(tǒng)光柵轉(zhuǎn)臺26連續(xù)轉(zhuǎn)動，每當(dāng)反透吸收光調(diào)制盤29轉(zhuǎn)動到吸收部分時，反透吸收光調(diào)制盤29將由被測光柵發(fā)出的測量光完全吸收，這樣就使接收器36接收的信號全部為噪音信號，經(jīng)過控制系統(tǒng)處理，就可以完全消除雜散光以及其它波長的衍射光進入到接收器36對測量所產(chǎn)生的影響。這樣每當(dāng)反透吸收光調(diào)制盤29轉(zhuǎn)動一周，就可以測得不同波長的衍射效率。
本發(fā)明的積極效果在儀器的結(jié)構(gòu)上與以有技術(shù)相比，省略了前置單色儀，測量用單色光由被測光柵25提供，簡化了機械結(jié)構(gòu)，從根本上解決了同步精度的問題；與已有技術(shù)相比，因沒有被測光柵與標準反射鏡的互換過程，使得測量精度和測量速度都大大提高，提高了工作效率；只要具備相應(yīng)的光源和接收器件，就可以測量任意波段范圍內(nèi)的光柵衍射效率，克服了已有技術(shù)中測量范圍受前置單色儀光譜范圍限制的缺點。
四

圖1是已有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是本發(fā)明中控制儀的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明的控制系統(tǒng)電路原理圖。
五具體實施例方式本發(fā)明按圖2所示的結(jié)構(gòu)實施，控制儀37按圖3所示的結(jié)構(gòu)實施。光源20采用不同波段范圍的多個光源切換使用，如汞燈、碘鎢燈、鎘燈等；反射聚光鏡21基底采用K9光學(xué)玻璃，表面鍍鋁，焦距f＝500mm；平面反射鏡22、27、31、32的基底采用K9光學(xué)玻璃表面鍍鋁；入射狹縫23和出射狹縫35的材質(zhì)采用45#鋼片，狹縫寬度可調(diào)范圍在0.01～1mm；凹面準直鏡24和反射聚光鏡33的基底采用K9光學(xué)玻璃鍍鋁，焦距f＝1000mm；被測光柵25為任意刻線數(shù)的反射光柵；光柵轉(zhuǎn)臺26的材質(zhì)采用45#鋼，正逆時針轉(zhuǎn)角±50°；反射聚光鏡28和準直鏡30的基底采用K9光學(xué)玻璃鍍鋁，焦距f＝510mm反透吸收光調(diào)制盤29，采用圓形盤，材質(zhì)采用K9光學(xué)玻璃，反射光、透射光和吸收光的面積在整個圓盤中所占比例為1∶1∶2，反射光部分鍍鋁，透射光部分用孔，吸收光部分涂無光漆；半反半透鏡34的基底采用K9光學(xué)玻璃平面鍍鋁，在平面上打孔，使得打孔的總面積和沒打孔的總面積相等，所有的孔為透光孔，沒打空的平面為反光面積；殼體38的材質(zhì)采用A3鋼板，厚度2～3mm。控制系統(tǒng)中，接收器36采用日本濱松公司生產(chǎn)的R131光電倍增管，控制器37中的各件，前置放大器39采用OP27放大器，程控放大器40采用PG202或PGA203放大器，濾波器41采用MAX262濾波器，A/D轉(zhuǎn)換器42采用TLC2543轉(zhuǎn)換器、單片機43采用89C51單片機、PC個人計算機44采用IBM兼容機、LED顯示器45采用八段LED顯示器、驅(qū)動模塊46采用北京斯達特公司生產(chǎn)的SH-2H057模塊，步進電機47采用蘇州生產(chǎn)的FL57STH76-02A步進電機。
權(quán)利要求
1.一種光路對稱分布的光柵衍射效率測試儀，包括光源外光路、測量單色儀、控制系統(tǒng)，其特征在于在在測量單色儀的殼體(38)外側(cè)的光源外光路上，在光源(20)的光的傳播方向上安置有反射聚光鏡(21)和平面反射鏡(22)，使經(jīng)過反射聚光鏡(21)和平面反射鏡(22)的反射光線，在殼體(38)上的入射狹縫(23)處聚焦并入射到測量單色儀中；測量單色儀是一個在殼體(38)內(nèi)，以反透吸收光調(diào)制盤(29)和半反半透鏡(34)為界的光路對稱分布的測量單色儀，反透吸收光調(diào)制盤29和半反半透鏡34的上邊為測量光路，下邊為參考光路；測量光路中的凹面準直鏡(24)和參考光路中的反射聚光鏡(33)對稱安裝，該兩鏡的反射面朝向左，凹面準直鏡(24)的反射準直光射向被測光柵(25)，反射聚光鏡(33)的反射準直光射向半反半透鏡(34)；被測光柵(25)和平面反射鏡(32)對稱安裝，被測光柵(25)的光柵表面和平面反射鏡(32)的反射面朝向右，被測光柵(25)衍射的單色光射向平面反射鏡(27)，平面反射鏡(32)的反射光射向反射聚光鏡(33)；平面反射鏡(27)和平面反射鏡(31)對稱安裝，它們分別和各自的入射光線成一定的角度安裝，平面反射鏡(27)的反射面朝向反射聚光鏡(28)，準直鏡(30)的反射面朝向平面反射鏡(31)；反射聚光鏡(28)和準直鏡(30)對稱安裝，它們的反射面相對，反透吸收光調(diào)制盤(29)置于反射聚光鏡(28)到準直鏡(30)的光路上，且在反射聚光鏡(28)的焦平面上，半反半透鏡(34)置于入射狹縫(23)的右面入射光線并與入射光線成一定的角度安置；放置被測光柵(25)的光柵轉(zhuǎn)臺(26)可正逆時針轉(zhuǎn)動，通過導(dǎo)線與控制器(37)連接，出射狹縫(35)置于半反半透鏡(34)反射光的光軸線上，在出射狹縫(35)的出射光軸線上裝有接收器(36)，接收器(36)通過導(dǎo)線與控制器(37)連接。
2.按權(quán)利要求1所述的一種光路對稱分布的光柵衍射效率測試儀，其特征在于控制器(37)包括前置放大器(39)、程控放大器(40)、濾波器(41)、A/D轉(zhuǎn)換器(42)、單片機(43)、PC個人計算機(44)、LED顯示器(45)、驅(qū)動模塊(46)、步進電機(47)?？刂破?37)的信號源來自接收器(36)，前置放大器(39)接收到來自接收器(36)的電信號以后，將信號放大，傳送給程控放大器(40)，程控放大器(40)把接收到的信號放大到規(guī)定的范圍內(nèi)，傳送給濾波器(41)，濾波器(41)把接收信號中的噪聲去掉，傳送給A/D轉(zhuǎn)換器(42)，A/D轉(zhuǎn)換器(42)將接收到的模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號，傳送給單片機(43)，經(jīng)單片機(43)的初步運算處理后，將運算處理結(jié)果傳送給PC個人計算機(44)，同時，對程控放大器(40)和A/D轉(zhuǎn)換器(42)進行控制，單片機(43)控制驅(qū)動模塊(46)驅(qū)動步進電機(47)帶動光柵轉(zhuǎn)臺(26)轉(zhuǎn)動，來完成光柵衍射效率的測定。
全文摘要
一種光路對稱分布的光柵衍射效率測試儀，屬于光譜技術(shù)領(lǐng)域中涉及的一種光柵衍射效率測試儀。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種光路對稱分布的光柵衍射效率測試儀。解決技術(shù)問題的技術(shù)方案是本發(fā)明包括光源外光路、測量單色儀、控制系統(tǒng)。在測量單色儀的殼體外側(cè)，在光源的光的傳播方向置有反射聚光鏡和平面反射鏡，使經(jīng)過它們的反射光線在入射狹縫處聚焦并入射到測試儀中，測量單色儀是一個在殼體內(nèi)部以反透吸收光調(diào)制盤和半反半透鏡為界的光路對稱的測量單色儀，一路為測量光路，另一路為參考光路，測量過程是在控制系統(tǒng)控制下實現(xiàn)的，自動化程度高，測試結(jié)果可信。
文檔編號G01J3/18GK1542414SQ20031010997
公開日2004年11月3日 申請日期2003年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月3日
發(fā)明者齊向東, 于宏柱, 巴音賀西格, 李文昊, 西格 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所, 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研