基于远场光斑能量曲线的拼接误差检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及拼接光栅中的误差检测领域，具体涉及一种基于远场光斑能量曲线的拼接误差检测方法。
【背景技术】
[0002]大尺寸平面衍射光栅在天文光谱分析、惯性约束核聚变等众多科研领域中都有着重要的应用。利用拼接方法制作米级尺寸的平面衍射光栅能够解决制作单块大尺寸平面衍射光栅存在的诸多问题，因此利用拼接法制作大尺寸光栅具有重要意义，而拼接光栅的误差检测是保证拼接光栅能够满足使用需求的重要前提。
[0003]拼接光栅的误差检测一般采用两种方法:干涉条纹法和远场光斑能量法。无论是利用干涉条纹法还是远场光斑能量法，其本质在于检测拼接光栅的衍射光相位差是否符合拼接要求。干涉条纹法是依据干涉仪测得的干涉条纹调整拼接光栅姿态，而后由干涉仪测得的波前值判断是否调整到符合要求。该方法的优点在于干涉仪的测量精度高，干涉条纹易于观察，但拼接波前值是拼接光栅制作者给出的指标，并不能直接反应拼接光栅对其所在系统性能指标所造成的影响。远场光斑能量法是通过算法提取远场光斑形状，依据远场光斑形状调整拼接光栅姿态，由封闭圆环内能量判断准则判断是否调整到符合要求。该方法的优点在于通过分析能量分布情况直接反应拼接光栅对其所在系统造成的影响，但远场光斑形状与干涉条纹相比不易识别，计算过程繁琐。
[0004]光栅作为分光元件，通常使用在光谱仪器中，光栅使用者提出的使用要求一般是基于光谱分辨率给出的光栅要求，而光栅制作者给出的指标一般是光栅的波前值，需要经过计算才能建立波前值与分辨率的关系，这种方法需要经过计算并且不能直接从应用角度给出光栅的性能指标。若拼接误差的检测方法既能够直接从应用角度给出拼接光栅的性能指标又使得计算过程不繁琐，上述采用的两种方法并不能满足要求。
【发明内容】
[0005]本发明为解决现有拼接光栅误差检测方法不能够同时满足直接从应用角度给出拼接光栅的性能指标又使得计算过程不繁琐的问题，提供一种基于远场光斑能量曲线的拼接误差检测方法。
[0006]基于远场光斑能量曲线的拼接误差检测方法，该方法由以下步骤实现:
[0007]步骤一、将基准光栅和相对于基准光栅存在拼接误差的光栅作为拼接光栅放置于远场衍射光路中，入射光线经基准光栅和相对于基准光栅存在拼接误差的光栅产生零级光和衍射光，零级光经第一透镜后由面阵(XD1接收，衍射光经第二透镜后由面阵(XD2接收，所述CCD1在透镜焦平面接收远场衍射零级光斑，CCD2在透镜焦平面接收远场衍射级光斑；监测面阵CCD1和面阵CCD2某一行或某一列的像素能量曲线；同时分析所述面阵CCD1和面阵CCD2接收的远场光斑能量图和输出的能量曲线图；
[0008]步骤二、根据步骤一中所述的面阵CCD1和面阵CCD2接收的远场光斑能量图的形状判断所述基准光栅和相对于基准光栅存在拼接误差的光栅存在的拼接误差，在拼接误差逐步调小的过程中，当根据所述光斑能量图无法判定是否存在拼接误差时，则根据能量曲线图调整拼接误差值，当能量曲线图的第一极小及曲线轮廓对称时，此部分拼接误差调整结束；
[0009]步骤三、将步骤二测量的能量曲线图中能量曲线的半高宽数值作为拼接光栅的分辨率，判断分辨率是否满足设计要求，如果是，则完成拼接，如果否，则继续微调直至测量的拼接光栅的分辨率满足要求。
[0010]本发明的有益效果:本发明所述的基于远场光斑能量曲线的拼接误差检测方法，与现有技术相比，本发明具有以下优点:一、采用分析远场光斑形状与远场光斑能量曲线相结合的方式，不需要识别光斑形状，只需要通过能量曲线就可以判断出存在的拼接误差，因识别光斑形状时会存在误差，因此直接通过CCD接收到的能量曲线判断，测量的精度高；二、以分辨率为判断依据，确定最终调整的能量曲线是否满足要求，与光栅用户提出的分辨率要求相吻合，更便于光栅用户与光栅制作者间的相互沟通。
【附图说明】
[0011]图1为本发明所述的基于远场光斑能量曲线的拼接误差检测方法中检测光路的俯视图；
[0012]图2中图2a和图2b分别为本发明所述的基于远场光斑能量曲线的拼接误差检测方法中零级光路探测器CCD2接收的能量光斑图；
[0013]图3中图3a至图3f、图3b和图3c分别为本发明所述的基于远场光斑能量曲线的拼接误差检测方法中零级光路探测器CCD2接收的能量光斑及能量曲线示意图；其中，图3a为精调整的初期光斑能量图，图3b为CCD2能量峰值所在行的能量输出曲线，图3c为CCD2能量峰值所在列的能量输出曲线；图3d精调整的后期光斑能量图，图3e为CCD2能量峰值所在行的能量输出曲线，图3f为CCD2能量峰值所在列的能量输出曲线。
[0014]图4为本发明所述的基于远场光斑能量曲线的拼接误差检测方法中衍射光路CCD1接收的能量光斑图；
[0015]图5中图5a至图5f为本发明所述的基于远场光斑能量曲线的拼接误差检测方法中衍射光路CCD1接收的能量光斑及能量曲线示意图；其中，图5a为精调整的初期光斑能量图，图5b为CCD1能量峰值所在行的能量输出曲线，图5c为CCD1能量峰值所在列的能量输出曲线，图5d为精调整的后期光斑能量图，图5e为CCD1能量峰值所在行的能量输出曲线，图5f为CCD1能量峰值所在列的能量输出曲线。
【具体实施方式】
[0016]【具体实施方式】一、结合图1至图5说明本实施方式，基于远场光斑能量曲线的拼接误差检测方法，该方法由以下步骤实现:
[0017]步骤一、将基准光栅和相对于基准光栅存在拼接误差的光栅作为拼接光栅放置于远场衍射光路中，入射光线经基准光栅和相对于基准光栅存在拼接误差的光栅产生零级光和衍射光，零级光经第一透镜后由面阵(XD1接收，衍射光经第二透镜后由面阵(XD2接收，所述CCD1在透镜焦平面接收远场衍射零级光斑，CCD2在透镜焦平面接收远场衍射级光斑；监测面阵CCD1和面阵CCD2某一行或某一列的像素能量曲线；同时分析所述面阵CCD1和面阵CCD2接收的远场光斑能量图和输出的能量曲线图；
[0018]步骤二、根据步骤一中所述的面阵CCD1和面阵CCD2接收的远场光斑能量图的形状判断所述基准光栅和相对于基准光栅存在拼接误差的光栅存在的拼接误差，在拼接误差逐步调小的过程中，当根据所述光斑能量图无法判定是否存在拼接误差时，则根据能量曲线图调整拼接误差值，当能量曲线图的第一极小及曲线轮廓对称时，此部分拼接误差调整结束；
[0019]步骤三、将步骤二测量的能量曲线图中能量曲线的半高宽数值作为拼接光栅的分辨率，判断分辨率是否满足设计要求，如果是，则完成拼接，如果否，则继续微调直至测量的拼接光栅的分辨率满足要求。