专利名称：声光可调谐滤光器衍射效率测试系统及测试方法
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S e ,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O级光的光谱强度为1。，加射频驱动后0级光最小值为I，衍射效率T = (1。_1)/ I。。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
3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A0TF71，由AOTF驱动 器72对A0TF71施加驱动频率。能量计探头61接收透过A0TF71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A0TF71加一定射频驱动，能量计探头61接收到的 衍射光能量为Ep能量计探头62同步接收到的参考光束能量为E2，当E乂^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A0TF直接出射光能量E工'，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
A 五/ 《 ^"77 贝U7^777
一2 ￡2 ， 五^ (1—D 通过二维电动转台5转动可改变A0TF71的入射光角度，当E乂^下降至最大值一 半时对应的角度变化即为晶体孔径角。 波长可调谐激光器1 :提供210 2300nm连续可调激光波长，激光发散角小于 0. 5mrad， 210 709nm波段光谱扫描间隔为0. lnm， 710 2300nm波段光谱扫描间隔为lnm。
中性密度滤光片2和光阑孔3可控制入射光能量，并限制激光光斑的大小。分束镜 4的作用是产生参考光束，实现测试精度的大幅提高。波长可调谐激光器能量不稳定，单次 测量的能量值可比性低。两台能量计探头响应率不一致，而试验中需要测试的波长数较多， 所以要对各个波长下的探头响应系数进行标定有一定困难。测试光路中加入的分束镜，可 产生反射参考光束，并对其能量进行监测，分束镜在指定波长下的分束比为恒定值，故进入 A0TF71的能量与参考光束能量比值恒定。分束镜起到提高测试精度的作用。由于A0TF71 在指定波长下通光效率恒定，所以可通过衍射光能量与参考光束能量的比值代替直接测试 衍射光能量。 二维电动转台5可调整入射光的角度，一用于光路调整，二用于孔径角测量。
本专利的优点在于 1)本发明用波长可调谐激光器作为入射光源，可满足AOTF需要高密度、小间隔波 长测试的需求。 2)本发明利用分束镜进行入射光能量分束，通过参考光束能量作为监测，抵消激 光器能量不稳定以及能量计探头响应率不一致造成的测试误差，从而大幅提高AOTF衍射 效率测试精度。
图1各向异性AOTF矢量图。
图2A0TF分光示意图。 图3是宽光源AOTF衍射效率测试系统示意图。
图4是AOTF衍射效率测试系统示意图。
具体实施例方式
下面是根据图4给出的本发明的一个较好实施例，用以说明本发明的结构特征和 实施方法，而不是用来限定本发明的范围。 声光可调谐滤光器衍射效率测试系统包括如下几个部分 1)波长可调谐激光器1 :在本实施方案中选择EKSPLA NT342/1/UV波长可调谐激
光器作为光源。该激光器可产生210 2300nm连续可调谐激光光束。 2)中性密度滤光片2 :本实施方案中选择Spiricon中性密度滤光片。 3)光阑孔3 :本实施方案选用大恒光电GCM-57可变光阑。 4)分束镜4 :本实施例选用固定分束比为1 : 1 (600 1200nm)的分束镜。在其 他波段分束比会有变化，但针对某个固定波长，器分束比恒定。 5) 二维电动转台5 :本实施例选用联谊148X142 二维电动旋转台，调节范围 360° ，电机的传动比l : 360，标尺最小读数0. 1° ，电机整步运行分辨率0.005° 。
6)能量计探头61、62 :本实施例选用美国Coherent公司EPM1000能量计表头，探 头分别选用J4-09及J45LP-MB。 本实施例选用美国Brimrose可见/近红外A0TF71及配套射频驱动器72作为AOTF 组件。选定激光器波长，调节二维电动转台5，使波长可调谐激光器1发射光束通过中性密 度滤光片2、光阑孔3、分束镜4后垂直入射A0TF71，由能量计探头62接收分束镜反射的参 考光束。对AOTF 71不加驱动时，由能量计探头61在A0TF后接收0级光能量；对A0TF71 施加驱动时，由能量计探头61在A0TF后接收衍射光能量。在测试过程中，两个能量计探头 61、62同步接收。由上述计算衍射效率的公式(1-1)计算AOTF的衍射效率。
如上所述，本测试系统的测试方法简单、可操作性强，是较为理想的AOTF衍射效 率测试装置。
权利要求
一种声光可调谐滤光器衍射效率测试系统，它包括波长可调谐激光器(1)、中性密度滤光片(2)、光阑孔(3)、分束镜(4)、二维电动转台(5)、能量计探头(61、62)，其特征在于所述的测试装置中的光源采用波长可调谐激光器(1)；所述的波长可调谐激光器(1)发出的激光光束依次通过中性密度滤光片(2)、光阑孔(3)后由分束镜(4)分出一路参考光路，能量计探头(62)测出参考光路的激光能量用于补偿激光能量不稳定以及探头响应不一致引起的测量误差。
2. 根据权利要求1所述的一种声光可调谐滤光器衍射效率测试系统，其特征在于 所述的波长可调谐激光器(1)连续可调激光波长范围为210 2300nm，激光发散角小于 0. 5mrad， 210 709nm波段光谱扫描间隔为0. lnm， 710 2300nm波段光谱扫描间隔为lnm。
3. —种基于权利要求1所述系统的声光可调谐滤光器衍射效率测试方法，其特征在于 包括以下步骤A. 调整激光器波长，对A0TF71加一定射频驱动，通过能量计探头(61)测出测量光路上 的衍射光能量E"同时通过能量计探头(62)测出参考光路上的反射光束能量E^B. 不加射频驱动下，通过能量计探头(61)测出测量光路上直接出射光能量E/ ，同时 通过能量计探头(62)测出参考光路上的反射光束能量E ;C. 计算AOTF衍射效率，计算公式如下
全文摘要
本发明公开了一种声光可调谐滤光器衍射效率测试系统。该系统由波长可调谐激光器、中性密度滤光片、光阑孔、分束镜、二维电动转台、能量计组成。波长可调谐激光器可生成波长连续可调的激光光束，经过中性密度滤光片及光阑孔后，由分束镜分成固定分束比的两束激光，反射光束能量作为参考能量；透射光束进入AOTF，在对其施加射频驱动时接收衍射光能量，未施加驱动时接收直接透过的能量，从而计算AOTF的衍射效率。同时，通过二维电动转台改变入射光角度可实现孔径角的测量。本发明装置的特点在于原理简单、可操作性强，可满足AOTF测试连续波长的需求，同时利用分束镜产生参考光束可大幅提高测试精度。
文档编号G01M11/02GK101706361SQ20091022649
公开日2010年5月12日 申请日期2009年11月18日 优先权日2009年11月18日
发明者何志平, 杨世骥, 沈渊婷, 王建宇, 舒嵘 申请人:中国科学院上海技术物理研究所