[发明专利]一种声光可调谐滤波器切型标定方法

说明书

声光可调谐滤波器(Acousto‑Optic Tunable Filter‑AOTF)是一种电控可调谐光谱分光元件，其声光晶体切型的标定，影响着光谱探测系统的设计。现有标定方法采用多入射波长调谐曲线参数拟合的方式，标定过程通过改变入射光波长，实测得到在满足平行切线原则下的调谐关系，再拟合求解晶体切型参数，过程复杂，条件苛刻，且存在未考虑折射率色散引起的误差。因此，本发明提出了一种声光可调谐滤波器切型标定方法，通过测量固定波长以不同极角入射条件下的匹配超声频率，以实测数据与仿真数据最小均方根误差作为评价指标，求解晶体切型参数。相比于现有方法，本发明可完整标定三个特征切角，具有所需仪器少、光路结构简单、精度高等特点，弥补了现有方法忽略折射率色散的缺陷。

技术领域

本发明涉及声光可调谐滤波技术领域，具体涉及声光可调谐滤器(Acousto-OpticTunable Filter-AOTF)的晶体切型标定方法。

背景技术

AOTF是一种基于声光衍射原理的光谱分光器件，具有高光谱分辨率、波长可任意调控且调谐速度快、无运动机构等优势，广泛应用于光谱探测、偏振成像、陷波滤波、光束偏转、空间滤波等。常见的AOTF器件主要有两种设计思路：共线设计和非共线设计。在共线设计下，相互作用的光波和声波传播方向相同；而在非共线设计下，光波和超声波的传播方向不同。非共线AOTF器件具有一些优势使其应用更加广泛，例如较大的角孔径，可以选择更多具有较大声光优值的材料等。典型地，二氧化碲(TeO₂)晶体被认为是一种优良的声光晶体，光谱范围可覆盖350-4500nm。TeO₂晶体是一种双折射介质具有各向异性，同时有较大的旋光特性，这两点均需要在建模分析中予以关注。

晶体切型是AOTF器件的关键特性，决定了器件的光谱和空间响应，影响着光谱成像探测系统的光学设计。复杂的制备工艺使得晶体切型设计参数值和实际参数值之间存在差异，因此仅利用切型设计参数进行系统分析与设计，将导致结果的不准确。因此，AOTF器件晶体切型标定是光谱探测系统设计的重要一环。

针对该问题，专利(CN101706362A)提出了一种采用频率调谐曲线拟合的声光可调谐滤波器参数定标方法，仅能对晶体切型的超声切角进行标定，且测试条件比较苛刻，可操作性及鲁棒性较差，且该专利未涉及相关测试精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于入射极角-超声频率匹配关系的声光可调谐滤波器晶体切型标定方法，可用于完整标定AOTF器件的实际切型参数。

为了解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：提出了一种基于入射极角-超声频率匹配关系的声光可调谐滤波器晶体切型标定方法；该方法首先建立了AOTF器件晶体切型参数与外部定标参数之间的精确理论模型；基于该模型，设计了定标参数测试装置，用于获取AOTF外部入射光极角与匹配调谐频率定标数据；最后基于最小均方根误差准则便可以反演其实际晶体切型参数，从而实现对AOTF器件晶体切型所对应的三个特征切角进行精确标定。

本发明提出的标定方法主要包含以下步骤：

(1)建立精确的AOTF参数理论模型；

(2)通过测试装置获取入射极角、匹配调谐频率等定标参数组；

(3)遍历输入AOTF晶体切型参数，获取理论定标参数组；

(4)计算实测数据组与理论数据组之间的均方根误差，以最小均方根误差准则进行判断；

(5)输出待测AOTF器件晶体切型参数，该参数组对应于最小均方根误差时第(3)步所输入的晶体切型参数。