[发明专利]一种利用抛物面反射镜测量光栅衍射效率的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量光栅衍射效率曲线的方法及系统，尤其涉及一种利用抛物面反射镜性质，测量光栅衍射效率的方法及系统。

背景技术

光栅是一种重要的分光光学元件，广泛应用于现代光学的各个领域。利用光栅的分光性质可以做成各种不同的器件，如光栅尺，光栅光谱仪等。在利用光栅进行实际器件设计时，首先要准确知道光栅周期，光栅折射率调制度及有效厚度等光栅特有参数。这些参数的确定可以通过研究光栅衍射效率曲线得到。

在进行光栅衍射效率测量过程中，光栅的衍射角会随着入射光波的入射角变化而改变。当光栅周期较大时，在衍射方向出现了多级衍射，针对某一级次的衍射角随入射角变化不是很明显。针对这样的光栅可以将探测器固定在一个位置，就可以完成衍射效率的测量。但是对于光栅周期很小的光栅，特别对于体光栅来说，当波长不变时，衍射角会随入射角的改变而发生很大的改变，所以，采用固定探测器方法，不能完成对光栅衍射效率的测量。这就要求接受衍射能量的探头能在大角度范围内改变。

目前光栅衍射效率的测量，基本上是用电动步机控制转台来改变入射角，手动改变探测器的位置进行测量。这种方法会因探测器的角度改变而人为引入测量误差。同时当光波近似垂直入射到光栅表面时，其衍射光波在入射光波附近。在探测衍射光能量时，探测器将出现挡光现象而使衍射效率的测量出现测量盲区。

近来虽然有提出一种实现对光栅衍射效率进行自动扫描测量装置(专利号：CN101545826)，可以直接探测接近全角度范围内的衍射光束，有效的解决了上述衍射效率测量过程中存在的问题。但是该方法在接受衍射能量的过程中，需要对探测器在大范围内随着入射角改变而旋转，这使得测量系统需要很大的空间，不利于将该系统组装成仪器，进行工程测量。同时对于不同入射角需采用两个固定在电动转台上的探测器进行探测，不同探测器记录衍射能量给衍射效率曲线引入误差，也大大的增加了测量系统对实验成本的要求。另外在两个探测器转换的过程中有可能存在测量盲区及判断误差。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种利用抛物面反射镜测量光栅衍射效率的方法及系统。

本发明的思想在于：光的传播服从费马原理，即在光所经历的所有可能的传播路径中，实际路径所对应的光程取极值。根据抛物面的几何性质，抛物面上任意一点与焦点的连线经抛物面反射后都平行于抛物面对称轴，因此对于抛物面反射镜而言，由焦点出发的一束光线经抛物面反射镜反射后，反射光线必定平行于抛物面反射镜的光轴。如图1所示，由焦点发出的光经抛物面反射镜反射，反射光均平行于抛物面镜的光轴方向。

技术方案

一种利用抛物面反射镜测量光栅衍射效率的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将激光器发出光按能量1∶1的比例分为第一光束和第二光束；

步骤2：将其中第一光束进行准直为直径小于1mm的平行光束并以入射角照射到被测光栅上，调整入射角的入射点位于抛物面反射镜的焦点处；光束经被测光栅衍射后再经过抛物面反射镜反射形成平行于光轴方向的光束，再经过凸透镜会聚于一点，测量该点的光强数值；

步骤3：用测量得到的会聚点处的光强数值除以步骤1分束后的第二光束光强的两倍，得到被测光栅的衍射效率。

一种利用抛物面反射镜得到体光栅衍射效率角度选择性曲线的方法，其特征在于：从0°到-90°或者从0°到90°之间改变照射到被测光栅上第一光束的入射角，循环下述步骤：

步骤(1)：将激光器发出光按能量1∶1的比例分为第一光束和第二光束；

步骤(2)：将其中第一光束进行准直为直径小于1mm的平行光束并以入射角照射到被测光栅上，调整入射角的入射点位于抛物面反射镜的焦点处；光束经被测光栅衍射后再经过抛物面反射镜反射形成平行于光轴方向的光束，再经过凸透镜会聚于一点，测量该点的光强数值；

步骤(3)：用测量得到的会聚点处的光强数值除以步骤1分束后的第二光束光强的两倍，得到该入射角时被测光栅的衍射效率；

得到0°到-80°或者0°到80°之间的衍射效率系列值，以入射角为横轴，衍射效率为纵轴，得到被测光栅衍射效率的角度选择性曲线；所述入射角的改变量步进值小于2°。