[发明专利]一种光栅衍射效率测试系统及方法

说明书

本发明公开了一种光栅衍射效率测试系统，包括飞包括顺次沿光路在光轴上放置的波长可调谐激光器、偏振控制元件、分光设备和可旋转的衍射元件，还包括两台光能量探测器，其中一台与分光设备配合使得从分光设备分出的参考光束直接进入第一光能量探测器，另一台与衍射元件配合使得从分光设备分出的测试光束入射到衍射元件经衍射后进入第二光能量探测器。本发明的激光波长精度高、线宽窄、偏振方向可调，可以获得光栅高精度衍射效率的光谱、角度、偏振特性；构型原理简单，操作方便，环境适应性强。满足高功率激光及光谱分析领域的应用需求，适用于光谱合成以及光谱分析领域。

技术领域

本发明涉及光栅衍射效率测试的光学测量领域，具体涉及一种光栅衍射效率测试系统及方法。

背景技术

光谱合成技术利用光栅(衍射元件)等合成器件，将多路窄线宽半导体、光纤或固体激光合成为单路高功率、高亮度激光输出。光谱合成技术是保证光束质量的同时实现功率能量提升的有效手段，光栅(衍射元件)是光谱合成的关键元器件，其对不同波长的衍射效率决定了最终的合成效果，随着合成路数的增加，对精确波长的衍射效率测试精度提出更高的要求。另一方面，在科研光谱分析领域，通过光栅对不同波长的精确控制，实现光谱分析，是光谱分析仪器设备的关键器件，其衍射效率精确度是仪器设备的关键指标。

目前衍射效率高精度测试方法不能对入射精细波长、入射偏振进行精确控制，也不能对衍射效率(衍射光能量比入射光能量，跟波长有关)精确测试，不能满足高功率激光及光谱分析领域的应用需求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种光栅衍射效率测试系统，包括顺次沿光路在光轴上放置的波长可调谐激光器、偏振控制元件、分光设备和可旋转的衍射元件，还包括两台光能量探测器，其中一台与所述分光设备配合使得从分光设备分出的参考光束直接进入第一光能量探测器，另一台与所述衍射元件配合使得从分光设备分出的测试光束入射到衍射元件经衍射后进入第二光能量探测器。

具体地，所述的波长可调谐激光器，工作体质为半导体、光纤、固体中的一类。

具体地，所述的波长可调谐激光器所输出的激光工作波长可以是但不限于1000nm-1100μm，具体根据光栅测试需求确定，为偏振光束；激光波长精度小于1nm，3dB线宽小于1nm。

优选地，所述的偏振控制元件为半波片。

具体地，所述的分光设备是一定分束比的镜片，或者楔镜、取样光栅中的一种。

具体地，所述的衍射元件是平面闪耀光栅、体光栅中的一种。

本发明还提供了上述的测试系统的测试方法，包括如下步骤：

步骤一、顺次沿光路在光轴上放置波长可调谐激光器、偏振控制元件、分光设备和可旋转的衍射元件，还放置两台光能量探测器，其中一台与所述分光设备配合使得从分光设备分出的参考光束直接进入第一光能量探测器，另一台与所述衍射元件配合使得从分光设备分出的测试光束入射到衍射元件经衍射后进入第二光能量探测器。

步骤二、开启波长可调谐激光器，生成波长连续可调的窄线宽、偏振激光光束，经过偏振控制元件后，通过旋转偏振控制元件控制激光的偏振态，然后由分光设备分成固定能量比的两束激光，反射光和透射光，反射光作为参考光束直接进入光能量探测器测试出反射能量；

步骤三、步骤二中的透射光作为测试光束入射在可旋转的衍射元件上，通过旋转衍射元件实现在任意入射角度条件下对衍射元件的入射，经衍射后进入光能量探测器，测试衍射光的能量，从而计算出光栅的衍射效率。

具体地，所述步骤三中计算光栅的衍射效率方法如下：