[发明专利]声光可调谐滤光器衍射效率测试系统及测试方法

说明书

技术领域：

本发明涉及光学测量技术，具体指一种声光可调谐滤光器衍射效率测试系统及方法。

背景技术：

声光可调谐滤光器(Acousto-optic tunable filter，AOTF)是一种窄带可调滤光器，它是根据声光作用原理制成的分光器件。通过改变施加在晶体上射频驱动的频率选择分光波长，从而实现波长扫描。目前该技术已广泛应用于非成像及成像光谱仪器。

AOTF的分光原理：如附图1、附图2所示，当一束复色光通过一个高频振动的具有光学弹性的晶体时，某一波长的单色光将会在晶体内部产生衍射，以一定角度从晶体中透射出来，未发生衍射的复色光则沿原光线传播方向直接透射过晶体，由此达到分光的目的。当晶体振动频率改变时，可透射单色光的波长也相应改变。各向同性和各向异性布拉格衍射都能用于滤光器件，但是采用各向同性晶体作滤光片实用性极差，它对于入射光的平行性要求苛刻(张角在千分之一弧度以内)，微小的偏差也会导致光谱通带显著加宽，而且不同波长对应的衍射角也不同，因此，AOTF都采用双折射晶体各向异性布拉格衍射。在各向异性AOTF中，入射到AOTF的光线入射角有一个小的改变δθ_i时，由于双折射量随角度的变化恰好补偿了因角度变化而引起的动量失配，所以仍能够保持动量匹配条件近似成立，声光衍射对入射光在一定角度内变化不很敏感，从而可以做成大角孔径的AOTF。

AOTF衍射效率的测试技术：根据AOTF的分光原理，对入射光束的准直性及光束直径有较高要求，为满足一定的测量精度，要求光束的直径及发射角要尽量小。而且对AOTF衍射效率的测试需要实现全波段覆盖。

目前，国内对AOTF衍射效率进行测试的方法主要集中于采用连续宽谱段光源(例如卤钨灯)，通过光谱接收系统进行出射光的光谱特性测试，其测试装置示意图见附图3。首先光源准直，利用偏振片产生垂直偏振光入射，利用光谱仪接收到0级光光谱。设不加射频信号时0级光的光谱强度为I₀，加射频驱动后0级光最小值为I，衍射效率T＝(I₀-I)/I₀。在驱动功率固定的情况下，改变AOTF射频驱动频率，可进行光谱扫描。该方法的缺陷在于，由于光源准直后平行度没有激光好，而不同角度入射的激光对AOTF衍射效率的测试结果会产生较大变化，故而用该方法测试的结果与实际AOTF的衍射效率会有差别。

若采用激光作为光源，则仅需要利用能量接收系统就可以方便的进行各级光能量的测量及计算，从而得出AOTF衍射效率。但是采用该种测试方法，单一波长的激光器无法满足AOTF连续谱段测试的需求，且该种测试方法对激光器能量的稳定性要求比较高。所以，目前仅在个别固定波段利用激光作为光源进行AOTF衍射效率测试，无法满足AOTF全波段测试的需求。

发明内容：

本发明的目的是提供一种测量AOTF衍射效率的装置，解决激光器能量不稳定、能量计探头响应不一致造成测量误差的技术问题。

如附图4所示，本发明是以EKSPLA NT342/1/UV波长可调谐激光器1作为测试光源，光束通过中性密度滤光片2和光阑孔3后入射到分束镜4，由分束镜4将入射光分成固定分束比的透射光和反射参考光。调整光路，使透射光垂直进入待测AOTF71，由AOTF驱动器72对AOTF71施加驱动频率。能量计探头61接收透过AOTF71的光束能量，能量计探头62同步接收参考光束的能量。

具体方法：调整激光器波长，对AOTF71加一定射频驱动，能量计探头61接收到的衍射光能量为E₁，能量计探头62同步接收到的参考光束能量为E₂，当E₁/E₂最大时为对应该RF驱动频率的衍射中心波长。

不加射频驱动下，能量计探头61接收到的AOTF直接出射光能量E₁′，能量计探头62同步接收到的反射光束能量为E₂′，衍射效率的计算公式如下：