平面光栅衍射效率测试装置及方法

本发明涉及对光栅衍射效率的测试领域，特别是指一种平面光栅衍射效率测试装置及方法。

背景技术：

1、目前，色散型光谱成像系统的分光元件一般为棱镜和光栅，其中光栅因其具有高色散本领和高环境稳定性的特点，成为光谱成像系统主流分光元件，而光栅的分光能力指标中的光栅衍射效率对仪器的整体性能产生的影响非常大，因此对光栅进行衍射效率测试是光栅检测中的关键，而现有的光栅衍射效率测试装置往往存在以下问题：(1)用激光作为测试光源，激光作为高斯光束与自然光源存在差异，且激光在光栅处的光斑往往较小，测试光与光栅工作状态存在较大差异。(2)使用单光路测试的方法进行检测，无法消除光源波动对测试结果的影响。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本申请提供了一种平面光栅衍射效率测试装置，包括光线发射模块、分光模块、平面光栅、光通量接收模块和衍射效率计算模块；

2、其中，所述光线发射模块发出波长为λ单色光；所述分光模块将所述单色光进行分束，形成至少两条子路光线，设置为第一子路光线和第二子路光线；

3、当第一子路光线、第二子路光线分别直接入射光通量接收模块时，所述光通量接收模块获得第一子路光线的入射光通量e0(λ)和第二子路光线的入射光通量e′0(λ)；

4、当第二子路光线直接入射光通量接收模块，第一子路光线经平面光栅衍射后再进入光通量接收模块时，所述光通量接收模块获得第一子路的衍射光通量eg(λ)和第二子路光线的入射光通量e′0(λ)；

5、所述衍射效率计算模块能够得到当第一子路光线、第二子路光线分别直接入射光通量接收模块时，第一子路光线的入射光通量e0(λ)与所述第二子路光线的入射光通量e′0(λ)线性关系，从而得到当第二子路光线的入射光通量为e′0(λ)时，第一子路光线的入射光通量应为e0(λ)＝k×e′0(λ)+b，再根据此时第一子路光线经过所述平面光栅衍射后的衍射光通量eg(λ)，得到所述平面光栅的衍射效率η＝eg(λ)/e0(λ)。

6、其中，优选的，在第一子路光线和第二子路光线形成的两条光路上分别设置光通量接收模块，分别用于收集第一子路光线的光通量和第二子路光线的光通量。

7、其中，优选的，在所光线发射模块和分光模块之间，沿光线延伸方向依次设置有光阑、抛物面镜和偏振片。

8、其中，优选的，所述光通量收集模块包括聚焦透镜和探测器，所述子路光线被所述聚焦透镜聚焦，由所述探测器收集记录聚焦后的光线的光通量。

9、其中，优选的，所述光阑为孔径光阑，用于减小光源发散角，直径为0.1mm。

10、其中，优选的，所述抛物面镜能够将光线准直为平行光入射，所述抛物面镜口径为25.4mm，焦距为25.4mm，离轴角为90°。

11、其中，优选的，所述探测器的靶面为14.4*9.9mm，响应波段为400-1050nm。

12、其中，优选的，所述第一子路光线进入平面光栅时的入射角与所述平面光栅工作时的入射角相同。

13、本申请还提供一种使用上述的平面光栅衍射效率测试装置的衍射效率测试方法，包括以下步骤：

14、s10，光线发射模块发出波长为λ的单色光被分光模块分束后，形成至少两条子路光线，设置为第一子路光线和第二子路光线；

15、s20，获得波长为λ的单色光在不同功率下，第一子路光线、第二子路光线分别直接入射光通量接收模块时，第一子路光线的入射光通量e0(λ)和第二子路光线的入射光通量e′0(λ)；

16、从而得到e0(λ)与e′0(λ)的线性关系e0(λ)＝k×e′0(λ)+b；

17、s30，获得第二子路光线直接入射光通量接收模块、第一子路光线经平面光栅衍射后再进入光通量接收模块时，第二子路光线的入射光通量e′0(λ)和第一子路的衍射光通量eg(λ)；

18、s40，根据步骤s20中所述第一子路光线的入射光通量e0(λ)与所述第二子路光线的入射光通量e′0(λ)的线性关系，可知当第二子路光线的入射光通量为e′0(λ)时，第一子路的入射光通量应为e0(λ)＝k×e′0(λ)+b，而此时获得的第一子路光线经过所述平面光栅后的衍射光通量是eg(λ)，可得所述平面光栅的衍射效率η(λ)＝eg(λ)/e0(λ)＝eg(λ)/(k×e′0(λ)+b)。

19、其中，优选的，在步骤s40之后还包括步骤s50，所述光线发射模块在预设谱段范围以预设频率出射不同波长的单色光，设置所述平面光栅的衍射级次，能够得到所述平面光栅对于不同波长单色光在所述预设衍射级次的衍射效率。

20、上述技术方案的使用的有益效果为：本发明的平面光栅衍射效率测试使用双光路测试，通过标定两个探测器接收到的能量，得到两个探测器的线性关系，就可以通过监测光路中探测器接收到的能量值推算得到入射光能量，消除了光源波动可能带来的测试误差；同时，相对于激光，本申请出射的单色光为非高斯光束，经抛物面镜后的平行光在光栅上的照射面积较大，更接近光栅正常工作状态，测定的效率更加合理。

技术特征：

1.一种平面光栅衍射效率测试装置，其特征在于，包括光线发射模块、分光模块、平面光栅、光通量接收模块和衍射效率计算模块；

2.根据权利要求1所述的平面光栅衍射效率测试装置，其特征在于，在第一子路光线和第二子路光线形成的两条光路上分别设置光通量接收模块，分别用于收集第一子路光线的光通量和第二子路光线的光通量。

3.根据权利要求1所述的平面光栅衍射效率测试装置，其特征在于，在所光线发射模块和分光模块之间，沿光线延伸方向依次设置有光阑、抛物面镜和偏振片。

4.根据要求要求1所述的平面光栅衍射效率测试装置，其特征在于，其特征在于，所述光通量收集模块包括聚焦透镜和探测器，所述子路光线被所述聚焦透镜聚焦，由所述探测器收集记录聚焦后的光线的光通量。

5.根据要求要求3所述的平面光栅衍射效率测试装置，其特征在于，所述光阑为孔径光阑，用于减小光源发散角，直径为0.1mm。

6.根据要求要求3所述的平面光栅衍射效率测试装置，其特征在于，所述抛物面镜能够将光线准直为平行光入射，所述抛物面镜口径为25.4mm，焦距为25.4mm，离轴角为90°。

7.根据要求要求4所述的平面光栅衍射效率测试装置，其特征在于，所述探测器的靶面为14.4*9.9mm，响应波段为400-1050nm。

8.根据要求要求1所述的平面光栅衍射效率测试装置，其特征在于，所述第一子路光线进入平面光栅时的入射角与所述平面光栅工作时的入射角相同。

9.一种使用权利要求1-8任一项所述的平面光栅衍射效率测试装置的衍射效率测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据要求要求9所述的平面光栅的衍射效率测试方法，其特征在于，在步骤s40之后还包括步骤s50，所述光线发射模块在预设谱段范围以预设频率出射不同波长的单色光，设置所述平面光栅的衍射级次，能够得到所述平面光栅对于不同波长单色光在所述预设衍射级次的衍射效率。

技术总结
本申请提供了一种平面光栅衍射效率测试装置及方法，包括光线发射模块、分光模块、平面光栅、光通量接收模块和衍射效率计算模块；其中，所述分光模块将所述单色光进行分束，形成第一子路光线和第二子路光线；当第一子路光线、第二子路光线分别直接入射光通量接收模块时，所述光通量接收模块获得第一子路光线的入射光通量和第二子路光线的入射光通量；当第二子路光线直接入射光通量接收模块，第一子路光线经平面光栅衍射后再进入光通量接收模块时，所述光通量接收模块获得第一子路的衍射光通量和第二子路光线的入射光通量；所述衍射效率计算模块能够得到所述平面光栅的衍射效率。本申请提高了光栅的衍射效率测试的准确性。

技术研发人员：邹春荣,郭少军,周晓松,沈同圣,程靖轩
受保护的技术使用者：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11