專利名稱：聲光可調諧濾光器衍射效率測試系統及測試方法
技術領域：
本發明涉及光學測量技術，具體指一種聲光可調諧濾光器衍射效率測試系統及方法。
背景技術：
聲光可調諧濾光器(Acousto-optic tunable filter,AOTF)是一種窄帶可調濾光 器，它是根據聲光作用原理制成的分光器件。通過改變施加在晶體上射頻驅動的頻率選擇 分光波長，從而實現波長掃描。目前該技術已廣泛應用于非成像及成像光譜儀器。
AOTF的分光原理如附圖1、附圖2所示，當一束復色光通過一個高頻振動的具有 光學彈性的晶體時，某一波長的單色光將會在晶體內部產生衍射，以一定角度從晶體中透 射出來，未發生衍射的復色光則沿原光線傳播方向直接透射過晶體，由此達到分光的目的。 當晶體振動頻率改變時，可透射單色光的波長也相應改變。各向同性和各向異性布拉格衍 射都能用于濾光器件，但是采用各向同性晶體作濾光片實用性極差，它對于入射光的平行 性要求苛刻(張角在千分之一弧度以內)，微小的偏差也會導致光譜通帶顯著加寬，而且不 同波長對應的衍射角也不同，因此，AOTF都采用雙折射晶體各向異性布拉格衍射。在各向 異性AOTF中，入射到AOTF的光線入射角有一個小的改變S e ,時，由于雙折射量隨角度的
變化恰好補償了因角度變化而引起的動量失配，所以仍能夠保持動量匹配條件近似成立，
聲光衍射對入射光在一定角度內變化不很敏感，從而可以做成大角孔徑的AOTF。 AOTF衍射效率的測試技術根據AOTF的分光原理，對入射光束的準直性及光束直
徑有較高要求，為滿足一定的測量精度，要求光束的直徑及發射角要盡量小。而且對AOTF
衍射效率的測試需要實現全波段覆蓋。 目前，國內對AOTF衍射效率進行測試的方法主要集中于采用連續寬譜段光源(例 如鹵鎢燈)，通過光譜接收系統進行出射光的光譜特性測試，其測試裝置示意圖見附圖3。 首先光源準直，利用偏振片產生垂直偏振光入射，利用光譜儀接收到0級光光譜。設不加射 頻信號時O級光的光譜強度為1。，加射頻驅動后0級光最小值為I，衍射效率T = (1。_1)/ I。。在驅動功率固定的情況下，改變AOTF射頻驅動頻率，可進行光譜掃描。該方法的缺陷 在于，由于光源準直后平行度沒有激光好，而不同角度入射的激光對AOTF衍射效率的測試 結果會產生較大變化，故而用該方法測試的結果與實際AOTF的衍射效率會有差別。
若采用激光作為光源，則僅需要利用能量接收系統就可以方便的進行各級光能量 的測量及計算，從而得出AOTF衍射效率。但是采用該種測試方法，單一波長的激光器無法 滿足AOTF連續譜段測試的需求，且該種測試方法對激光器能量的穩定性要求比較高。所 以，目前僅在個別固定波段利用激光作為光源進行AOTF衍射效率測試，無法滿足AOTF全波 段測試的需求。
發明內容
本發明的目的是提供一種測量AOTF衍射效率的裝置，解決激光器能量不穩定、能
3量計探頭響應不一致造成測量誤差的技術問題。 如附圖4所示，本發明是以EKSPLA NT342/1/UV波長可調諧激光器1作為測試光 源，光束通過中性密度濾光片2和光闌孔3后入射到分束鏡4，由分束鏡4將入射光分成固 定分束比的透射光和反射參考光。調整光路，使透射光垂直進入待測A0TF71，由AOTF驅動 器72對A0TF71施加驅動頻率。能量計探頭61接收透過A0TF71的光束能量，能量計探頭 62同步接收參考光束的能量。 具體方法調整激光器波長，對A0TF71加一定射頻驅動，能量計探頭61接收到的 衍射光能量為Ep能量計探頭62同步接收到的參考光束能量為E2，當E乂^最大時為對應該 RF驅動頻率的衍射中心波長。 不加射頻驅動下，能量計探頭61接收到的A0TF直接出射光能量E工'，能量計探頭 62同步接收到的反射光束能量為E2'，衍射效率的計算公式如下
A 五/ 《 ^"77 貝U7^777
一2 ￡2 ， 五^ (1—D 通過二維電動轉臺5轉動可改變A0TF71的入射光角度，當E乂^下降至最大值一 半時對應的角度變化即為晶體孔徑角。 波長可調諧激光器1 :提供210 2300nm連續可調激光波長，激光發散角小于 0. 5mrad， 210 709nm波段光譜掃描間隔為0. lnm， 710 2300nm波段光譜掃描間隔為lnm。
中性密度濾光片2和光闌孔3可控制入射光能量，并限制激光光斑的大小。分束鏡 4的作用是產生參考光束，實現測試精度的大幅提高。波長可調諧激光器能量不穩定，單次 測量的能量值可比性低。兩臺能量計探頭響應率不一致，而試驗中需要測試的波長數較多， 所以要對各個波長下的探頭響應系數進行標定有一定困難。測試光路中加入的分束鏡，可 產生反射參考光束，并對其能量進行監測，分束鏡在指定波長下的分束比為恒定值，故進入 A0TF71的能量與參考光束能量比值恒定。分束鏡起到提高測試精度的作用。由于A0TF71 在指定波長下通光效率恒定，所以可通過衍射光能量與參考光束能量的比值代替直接測試 衍射光能量。 二維電動轉臺5可調整入射光的角度，一用于光路調整，二用于孔徑角測量。
本專利的優點在于 1)本發明用波長可調諧激光器作為入射光源，可滿足AOTF需要高密度、小間隔波 長測試的需求。 2)本發明利用分束鏡進行入射光能量分束，通過參考光束能量作為監測，抵消激 光器能量不穩定以及能量計探頭響應率不一致造成的測試誤差，從而大幅提高AOTF衍射 效率測試精度。
圖1各向異性AOTF矢量圖。
圖2A0TF分光示意圖。 圖3是寬光源AOTF衍射效率測試系統示意圖。
圖4是AOTF衍射效率測試系統示意圖。
具體實施例方式
下面是根據圖4給出的本發明的一個較好實施例，用以說明本發明的結構特征和 實施方法，而不是用來限定本發明的范圍。 聲光可調諧濾光器衍射效率測試系統包括如下幾個部分 1)波長可調諧激光器1 :在本實施方案中選擇EKSPLA NT342/1/UV波長可調諧激
光器作為光源。該激光器可產生210 2300nm連續可調諧激光光束。 2)中性密度濾光片2 :本實施方案中選擇Spiricon中性密度濾光片。 3)光闌孔3 :本實施方案選用大恒光電GCM-57可變光闌。 4)分束鏡4 :本實施例選用固定分束比為1 : 1 (600 1200nm)的分束鏡。在其 他波段分束比會有變化，但針對某個固定波長，器分束比恒定。 5) 二維電動轉臺5 :本實施例選用聯誼148X142 二維電動旋轉臺，調節范圍 360° ，電機的傳動比l : 360，標尺最小讀數0. 1° ，電機整步運行分辨率0.005° 。
6)能量計探頭61、62 :本實施例選用美國Coherent公司EPM1000能量計表頭，探 頭分別選用J4-09及J45LP-MB。 本實施例選用美國Brimrose可見/近紅外A0TF71及配套射頻驅動器72作為AOTF 組件。選定激光器波長，調節二維電動轉臺5，使波長可調諧激光器1發射光束通過中性密 度濾光片2、光闌孔3、分束鏡4后垂直入射A0TF71，由能量計探頭62接收分束鏡反射的參 考光束。對AOTF 71不加驅動時，由能量計探頭61在A0TF后接收0級光能量；對A0TF71 施加驅動時，由能量計探頭61在A0TF后接收衍射光能量。在測試過程中，兩個能量計探頭 61、62同步接收。由上述計算衍射效率的公式(1-1)計算AOTF的衍射效率。
如上所述，本測試系統的測試方法簡單、可操作性強，是較為理想的AOTF衍射效 率測試裝置。
權利要求
一種聲光可調諧濾光器衍射效率測試系統，它包括波長可調諧激光器(1)、中性密度濾光片(2)、光闌孔(3)、分束鏡(4)、二維電動轉臺(5)、能量計探頭(61、62)，其特征在于所述的測試裝置中的光源采用波長可調諧激光器(1)；所述的波長可調諧激光器(1)發出的激光光束依次通過中性密度濾光片(2)、光闌孔(3)后由分束鏡(4)分出一路參考光路，能量計探頭(62)測出參考光路的激光能量用于補償激光能量不穩定以及探頭響應不一致引起的測量誤差。
2. 根據權利要求1所述的一種聲光可調諧濾光器衍射效率測試系統，其特征在于 所述的波長可調諧激光器(1)連續可調激光波長范圍為210 2300nm，激光發散角小于 0. 5mrad， 210 709nm波段光譜掃描間隔為0. lnm， 710 2300nm波段光譜掃描間隔為lnm。
3. —種基于權利要求1所述系統的聲光可調諧濾光器衍射效率測試方法，其特征在于 包括以下步驟A. 調整激光器波長，對A0TF71加一定射頻驅動，通過能量計探頭(61)測出測量光路上 的衍射光能量E"同時通過能量計探頭(62)測出參考光路上的反射光束能量E^B. 不加射頻驅動下，通過能量計探頭(61)測出測量光路上直接出射光能量E/ ，同時 通過能量計探頭(62)測出參考光路上的反射光束能量E ;C. 計算AOTF衍射效率，計算公式如下
全文摘要
本發明公開了一種聲光可調諧濾光器衍射效率測試系統。該系統由波長可調諧激光器、中性密度濾光片、光闌孔、分束鏡、二維電動轉臺、能量計組成。波長可調諧激光器可生成波長連續可調的激光光束，經過中性密度濾光片及光闌孔后，由分束鏡分成固定分束比的兩束激光，反射光束能量作為參考能量；透射光束進入AOTF，在對其施加射頻驅動時接收衍射光能量，未施加驅動時接收直接透過的能量，從而計算AOTF的衍射效率。同時，通過二維電動轉臺改變入射光角度可實現孔徑角的測量。本發明裝置的特點在于原理簡單、可操作性強，可滿足AOTF測試連續波長的需求，同時利用分束鏡產生參考光束可大幅提高測試精度。
文檔編號G01M11/02GK101706361SQ20091022649
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月18日 優先權日2009年11月18日
發明者何志平, 楊世驥, 沈淵婷, 王建宇, 舒嶸 申請人:中國科學院上海技術物理研究所
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