雙光路切換互參考高精度aotf性能測試方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[OOOU 本發(fā)明設(shè)及光學(xué)測量技術(shù)，具體指一種雙光路切換互參考高精度AOTF性能測試 方法及裝置，它用于實現(xiàn)高精度的聲光可調(diào)諧濾光器性能測試。
【背景技術(shù)】：
[0002] 聲光可調(diào)諧濾光器（Acousto-optic tun油le filter,AOTFO是一種新型的色散分 光器件，其基于聲光效應(yīng)，通過射頻可實現(xiàn)電調(diào)諧光譜濾波，因其全固態(tài)的結(jié)構(gòu)而具有較好 的力、熱特性；因其電調(diào)諧光譜濾波而具有靈活的光譜選擇性能；且具有光譜采樣間隔可 控，波長掃描快速等優(yōu)點。非常適應(yīng)光譜探測對靈活高效的數(shù)據(jù)獲取要求，目前該項技術(shù)已 廣泛應(yīng)用于非成像及成像光譜儀器設(shè)備當(dāng)中。
[000引 AOTF的分光原理姻附圖1所示，AOTF由聲光介質(zhì)（一般為Te02)、聲波吸收器和 換能器組成。當(dāng)一束復(fù)色光通過一個高頻振動的具有光學(xué)彈性的晶體時，滿足動量匹配的 某一波長的光矢量與聲波矢量將會在晶體內(nèi)部產(chǎn)生非線性作用產(chǎn)生衍射光束，W-定的衍 射角度從晶體中透射出來，未發(fā)生衍射的復(fù)色光則沿原光線傳播方向直接從晶體出射，由 此達(dá)到分光的效果。當(dāng)晶體振動頻率改變時，衍射出單色光的波長也相應(yīng)改變，從而實現(xiàn)電 調(diào)諧光濾波。AOTF衍射性能包括衍射效率、光譜分辨率等，其性能與波長及晶體本身的參數(shù) 有關(guān)，對AOTF衍射性能的測試通常需要實現(xiàn)全波段覆蓋。
[0004] 利用激光作為光源，采用能量接收系統(tǒng)對零級及衍射光能進(jìn)行測量及計算，從而 得出AOTF的衍射效率，是可行手段之一。但該手段由于激光器的單色性限制無法滿足對 AOTF進(jìn)行連續(xù)譜段測試的需求。利用波長可調(diào)諧激光器作為連續(xù)可調(diào)光源是另一種可行的 解決方式（專利CN 101706361)，如圖2所示，該方法通過光源的連續(xù)可調(diào)，并利用分束鏡降 低光能不穩(wěn)定性對測試精度的影響，可W實現(xiàn)寬波段及較高精度的測試。但是該方法也存 在局限性，主要表現(xiàn)為；（1)寬譜段測試時需要切換適應(yīng)不同譜段的分束鏡，同時為保證測 試精度需要測試該分束鏡的波長-分束曲線，費時費力；（2)當(dāng)對AOTF器件的±1級中的某 一級（如+1級）完成測試后，對另一級（如-1級）需要額外的安裝夾器，并要重新調(diào)整光 路，操作性及一致性較差；（3)基矢的偏差及分束鏡自身的性能穩(wěn)定性均將影響測試精度。 專利（CN 103913297)提出利用聲光器件自身特性實現(xiàn)光能參考的AOTF測試方法。如圖3 所示，該方法通過交換兩個能量計的位置交替測量0級光和衍射光的光強(qiáng)，可有效消除光 源的不穩(wěn)定W及探測器響應(yīng)不一致對測量的影響。但該方法所述的兩個能量計位置交換過 程將引入對準(zhǔn)位置偏差，從而對測試精度造成影響；另外，能量計的位置交換及格蘭棱鏡切 換±1級光的操作，也不可避免地引起后續(xù)測試光路的變化，對操作要求高且影響儀器穩(wěn) 定性。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種新穎的利用可切換組件實現(xiàn)雙光路互參考的高精度 AOTF分光器件性能測試方法及裝置。
[0006] 其中光路切換組件（反射動鏡）實現(xiàn)± 1級測試光路的穩(wěn)定、便攜切換；探測器旋 轉(zhuǎn)裝置實現(xiàn)對雙光路互參考交替測試。本發(fā)明可在有效消除了光能不穩(wěn)定性及能量計探頭 響應(yīng)不一致的影響情況下，實現(xiàn)±1級光路的快速切換測試的同時消除對后續(xù)光路系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)的影響。與現(xiàn)有技術(shù)相比，存在W下幾方面的顯著進(jìn)步；1)提供一種新穎的測試方法及 裝置，旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)雙光路的交互參考探測，形成相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理公式，消除光能不穩(wěn)定性及能 量計探頭響應(yīng)不一致引入的AOTF衍射性能測試誤差；2)提供一種新穎的測試方法裝置，實 現(xiàn)AOTF+1級光衍射性能測試光路便攜穩(wěn)定的切換。該發(fā)明具有測試光路緊湊、測試步驟 簡明易操作、數(shù)據(jù)處理方法及流程明確等特點，在提高測試精度及系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時可實 現(xiàn)高效率測試。
[0007] 基本原理姻圖1所示，根據(jù)聲光互作用原理，當(dāng)一束復(fù)色光通過AOTF時，該復(fù)色 光分成兩束線偏振光，即0光與e光。當(dāng)射頻驅(qū)動頻率施加在晶體上后，其中e光發(fā)生衍射 后，形成+1級衍射光（0光）及0級光；0光同時也發(fā)生衍射，形成-1級衍射光（e光）及 0級光。利用待測AOTF晶體的0光衍射后的-1級光及0級光能總量與入射0光一致，e光 衍射后的+1級衍射光及0級光能總量也與入射e光一致的特性，可W測試衍射性能。
[000引測試方法及裝置：
[0009] 1)如圖6所示，測試裝置包括可調(diào)諧激光器1、中性密度濾光片2、小孔光闊3、格 蘭棱鏡4、二維電動轉(zhuǎn)臺5、待檢AOTF晶體及射頻驅(qū)動器6、反射動鏡7、探測器及探測器旋 轉(zhuǎn)裝置8。
[0010] 可調(diào)諧激光器1波長范圍210nm-2300nm，功率40mW-80mW。
[0011] 中性密度濾光片2衰減范圍10% -80%。
[001引 小孔光闊3孔徑范圍在0. 05mm-0. 15mm。
[0013] 反射動鏡7反射率大于99%。探測器響應(yīng)波長210nm-2300nm，旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)角度 范圍 0° -180°。
[0014] 測試時，波長可調(diào)諧激光器1出射的激光光束先后通過中性密度濾光片2、小孔光 闊3、格蘭棱鏡4后得到線偏振準(zhǔn)單色激光并垂直入射A0TF6上，射頻驅(qū)動器對A0TF6施加 一定的射頻驅(qū)動，調(diào)整反射動鏡7的角度，使0級光和其中一級衍射光（如-1級）反射至 探測器旋轉(zhuǎn)裝置，實現(xiàn)測試。
[0015] 其中，探測器旋轉(zhuǎn)裝置（8)處于0°及180°時可實現(xiàn)第一能量計探頭8. 1和第二 能量計探頭8. 2分別對0級光和-1級衍射光便攜穩(wěn)定切換交互探測，由
【主權(quán)項】
1. 一種雙光路切換互參考高精度AOTF性能測試裝置，它包括波長可調(diào)諧激光器（1)、 中性密度濾光片（2)、小孔光闌（3)、格蘭棱鏡（4)、二維電動轉(zhuǎn)臺（5)、待檢聲光可調(diào)諧濾光 器及驅(qū)動裝置（6)、反射動鏡（7)、探測器及探測器旋轉(zhuǎn)裝置（8)、第一能量計探頭（8. 1)、第 二能量計探頭（8. 2)，其特征在于： 波長可調(diào)諧激光器（1)出射的激光光束先后通過中性密度濾光片（2)、小孔光闌（3)、 格蘭棱鏡（4)后得到線偏振準(zhǔn)單色激光并垂直入射A0TF(6)上，射頻驅(qū)動器對A0TF(6)施 加一定的射頻驅(qū)動，調(diào)整反射動鏡（7)的角度，使0級光和如-1級的一級衍射光反射至探 測器及探測器旋轉(zhuǎn)裝置（8)，實現(xiàn)測試。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙光路切換互參考高精度A0TF性能測試裝置，其特征在 于：所述的探測器及探測器旋轉(zhuǎn)裝置（8)的轉(zhuǎn)軸通過其上的第一能量計探頭（8. 1)及第二 能量計探頭（8. 2)光敏面的中心且與能量計探頭（8. 1、8. 2)連線旋轉(zhuǎn)形成的平面垂直。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙光路切換互參考高精度A0TF性能測試裝置，其特征在 于，所述的小孔光闌（3)的孔徑小于探測器光敏面尺寸。
4. 一種基于權(quán)利要求1所述的雙光路切換互參考高精度A0TF性能測試裝置的A0TF衍 射效率的測試方法，其特征在于方法如下： 探測器旋轉(zhuǎn)裝置（8)處于0°及180°時可實現(xiàn)第一能量計探頭（8. 1)和第二能量計 探頭（8. 2)分別對0級光和-1級衍射光便攜穩(wěn)定切換交互探測，衍射效率計算方法如下：
式中：E0為第一能量計探頭（8. 1)接收到探測器旋轉(zhuǎn)裝置處于0°時的0級光能量，E1為此時第二能量計探頭（8. 2)接收到的衍射光能量；E0'為第一能量計探頭（8. 1)接收 到探測器旋轉(zhuǎn)裝置處于180°的衍射光能量，E1'為此時第二能量計探頭（8.2)接收到的 〇級光能量，通過雙光路互參考探測消除光源不穩(wěn)定性及能量計探頭響應(yīng)不一致的影響，實 現(xiàn)聲光可調(diào)諧濾光器衍射效率的高精度測試；反射動鏡（7)沿水平方向轉(zhuǎn)動角度a或Y 并結(jié)合格蘭棱鏡（4)的旋轉(zhuǎn)角度改變?nèi)肷涔獾钠駹顟B(tài)，實現(xiàn)A0TF由-1級衍射光至+1級 光及其探測光路的切換，完成對A0TF-1級衍射光效率的測試；反射動鏡（7)沿水平方向轉(zhuǎn) 動角度a或y確定方法如下：
其中為A0TF衍射角，L為反射鏡中心離出射位置的距離，H為0級光線距探測器的 垂直距離，M為兩探測器的水平距離，a滿足a>45° +0/2,Y滿足方程： tan(2a-90。）tan(2a-90。-0)+tan(9O。-2y)tan(0_9〇。+2y)=0 (3)由此 確定反射動鏡的位置及兩次旋轉(zhuǎn)的角度，實現(xiàn)±1級衍射光切換及測量。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙光路切換互參考高精度AOTF性能測試方法及裝置。該測試方法利用光路切換組件實現(xiàn)探測光路±1級的穩(wěn)定切換，并利用探測器旋轉(zhuǎn)裝置實現(xiàn)光路的穩(wěn)定交替測試，有效消除光能不穩(wěn)定性及能量計探頭響應(yīng)不一致等因素對測試結(jié)果的影響。該發(fā)明具有測試光路緊湊、測試步驟簡明易操作、數(shù)據(jù)處理方法及流程明確等特點，在提高測試精度及系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時可實現(xiàn)高效率測試。
【IPC分類】G01M11-02
【公開號】CN104568391
【申請?zhí)枴緾N201510028960
【發(fā)明人】何志平, 秦俠格, 舒嶸, 王建宇, 楊秋杰, 吳鈺, 白蕊霞, 劉經(jīng)緯
【申請人】中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月21日