專利名稱：聲光可調諧濾光器衍射性能弱光測試裝置的制作方法
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在弱光條件下衍射性能 測試裝置，它用來測量聲光可調諧濾光器的衍射效率、光譜分辨率、旁瓣及二次諧波衍射性 能。
技術背景聲光可調諧濾光器(Acousto-optic tunable filter，A0TF)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δ Qi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A0TF。AOTF衍射性能包括衍射效率、光譜分辨率、旁瓣、二次諧波等，對AOTF衍射性能的 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0級光的光譜強度為Itl,加射頻驅動后0級光最小值為I，衍射效率T = (I0-I)/I00 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， 該方法利用未驅動時與驅動時0級光的光譜強度的差值作為衍射光的光譜強度，這一過程 將轉化為其它能量形式的光強都認為是衍射光強，使得測試結果與實際AOTF的衍射效率 會有差別。另一種常用的測試技術是利用激光作為光源，該方法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。若使用單一波長的激 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。利用波長可調諧激光器配合分束鏡既可以實現全波段的測試(圖4所示)，同時測試 精度較高。但是該方法也有其局限性，目前利用該方法測試衍射效率和光譜分辨率都是采 用手動方式，效率偏低，若要檢測旁瓣和二次諧波則需花費大量時間。同時激光能量強，無 法反映AOTF在弱光條件下的衍射性能，對于滿足應用需求也有局限性。發明內容本發明的目的是提供一種在弱光條件下測量聲光可調諧濾光器衍射性能的裝置， 實現高效、高精度、全波段的測試。如附圖5所示，本發明是以由溴鎢燈(11)、單色儀(12)組成的單色光源系統(1) 作為光源；單色光通過光闌孔(2)后由斬光器(31)對其進行頻率調制形成交流光信號，并 提供參考信號給鎖相放大器(32)；調制后的光信號依次經由準直鏡(4)、起偏器(5)、濾光 片(6)形成單波長準直偏振光，并入射AOTF(IOl)；會聚鏡(7)對透過AOTF(IOl)的0級光 及驅動后產生的衍射光進行會聚，并由棱鏡(8)將0級光和衍射光折轉至兩個方向，分別由 第一光電探測器(91)接收0級光，第二光電探測器(92)接收衍射光。具體方法在不加射頻驅動時，掃描單色波長，由第一光電探測器(91)接收0級光 光譜強度Itl ；在施加射頻驅動下，固定驅動頻率，掃描單色波長，由第二光電探測器(92)接 收衍射光光譜強度I1 ；AOTF衍射效率曲線計算公式如下7 = y-⑴當衍射光光譜強度I1最大為Imax時，7/。=￥，此時，對應的波長即為該驅動頻率
對應的衍射中心波長，％。為該中心波長的衍射效率。當I1Acl下降為時所對應的波長 范圍即為中心波長處光譜分辨率。通過AOTF在該頻率處的衍射效率曲線，即可直觀的分析出AOTF是否存在旁瓣 (旁瓣指在該頻率對應中心波長附近存在幅值較小的高斯曲線)及二次諧波(二次諧波指 在該AOTF的波長范圍內，距離該頻率對應的中心波長一定距離處存在的另一衍射波長)以 及確定其波長位置。單色光源系統1 由溴鎢燈11和單色儀12組成。溴鎢燈11可產生波長范圍為 300 2500nm連續光譜，單色儀光譜掃描間隔可達到0. 005nm,光譜分辨率可達到0. Inm,可 實現寬光譜范圍內的全譜段掃描。光闌孔2可控制入射光斑的大小。光信號調制系統3由斬光器31、鎖相放大器32組成。斬光器31對入射光進行頻 率調制形成交流光信號，并提供參考信號給鎖相放大器32，使得探測器可以檢測出弱信號， 即實現弱光條件下AOTF衍射性能測試。準直鏡4將入射點光源擴束為準直光，起偏器5將準直光起偏為與AOTF設計的入 射光相同的偏振態，濾光片6截止單色儀出射的二級及多級光譜，會聚鏡7將透過AOTF的 0級光及驅動時的衍射光聚焦。棱鏡8將0級光和衍射光折轉方向，由第一光電探測器91和第二光電探測器92 分別獨立探測未驅動時的0級光光強和驅動后的衍射光光強，使得衍射效率計算時使用的 均為真實測量值，可提高測試準確性。本專利的優點在于1)本發明用連續單色光源作為入射光源，可滿足AOTF高密度、小間隔波長測試的 需求，波長覆蓋范圍廣。[0020]2)本發明使用鎖相放大器實現弱光條件下的高精度測試。3)本發明采用雙路探測器，實現驅動后衍射光與未驅動時0級光的獨立測量，提 高測試準確性。4)本發明使用自動控制軟件可提高測試效率，測試結果直觀化。

圖1各向異性AOTF矢量圖。圖2A0TF分光示意圖。圖3是光譜儀法AOTF衍射效率測試系統示意圖。圖4是可調諧激光器法AOTF衍射效率測試系統示意圖。圖5是AOTF衍射性能弱光測試裝置示意圖。
具體實施方式
下面是根據圖5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。AOTF衍射性能弱光測試系統包括如下幾個部分1)單色光源系統1 本實施方案中選用YOBIN YVON公司生產的HORIBA iHR320三 光柵單色儀，配套使用LSH-T250溴鎢燈、LPS250高精度穩流源。2)光闌孔2 本實施方案選用大恒光電GCM-57可變光闌。3)光信號調制系統3 本實施方案采用Terahertz Technologies公司生產的 C-995斬光器，南京鴻賓微弱信號檢測有限公司生產的鎖相放大器。4)準直鏡4、會聚鏡7、棱鏡8 本實施方案中采用的準直鏡和會聚鏡均采用自行設 計的消色差鏡組，焦距均為120mm，材料為Π(2/熔石英/Π(2 ；棱鏡使用直角棱鏡，兩反射面 鍍銀膜。5)起偏器5 本實施方案中采用Thorlabs LPNIR-100,1英寸，消光比> 100 1。6)濾光片6 本實施方案中采用1500nm 3000nm帶通濾光片，透過率在60%以 上，在測試AOTF波長1500nm以后使用。7)光電探測系統9 本實施方案中采用Judson Technologies公司生產的InGaAs 探測器。本實施例選用中電26所研制的短波紅外A0TF101及配套射頻驅動器102作為 AOTF組件，其中AOTF波長范圍900 2400nm ；使用DELL GX620型電腦103進行軟件控制。 調節單色光源1發射的單色光束通過光闌孔2、斬光器31、準直鏡4、起偏器5、濾光片6后 垂直入射A0TF101 ；由會聚鏡7對0級光和衍射光會聚，并由棱鏡8對兩路光折轉方向，并 分別聚焦于兩個光電探測器。對A0TF101不加驅動時，由第一光電探測器91在AOTF后接 收0級光光強；對A0TF101施加驅動時，由第二光電探測器92在AOTF后接收衍射光能量。 鎖相放大器32接收斬光器31、光電探測系統9反饋的信號。自動控制軟件控制單色儀波長 掃描、鎖相電路信號，并由上述計算衍射效率的公式(1)計算AOTF的衍射效率，生成衍射效 率分析曲線，得出光譜分辨率、旁瓣及二次諧波情況。如上所述，本測試裝置的測試方法簡單、可操作性強，能快速直觀的反映AOTF的多項衍射性能，測試精度高、準確性高，是較為理想的弱光條件下AOTF衍射性能測試裝置。
權利要求一種聲光可調諧濾光器衍射性能弱光測試裝置，它包括單色光源系統(1)、光闌孔(2)、光信號調制系統(3)、準直鏡(4)、起偏器(5)、濾光片(6)、會聚鏡(7)、棱鏡(8)、由第一光電探測器(91)和第二光電探測器(92)組成的光電探測系統(9)，其特征在于所述的單色光源系統(1)發出的單色光通過光闌孔(2)后由光信號調制系統(3)進行頻率調制；調制后的光信號依次經由準直鏡(4)、起偏器(5)、濾光片(6)形成單波長準直偏振光，并垂直入射AOTF(101)；會聚鏡(7)對透過AOTF(101)的0級光及驅動后產生的衍射光進行會聚，并由棱鏡(8)將0級光和衍射光折轉至兩個方向，由第一光電探測器(91)接收0級光，第二光電探測器(92)接收衍射光；對第一光電探測器(91)測得的0級光光強I0與第二光電探測器(92)測得的衍射光光強I1進行數據分析處理最終獲得AOTF衍射效率、光譜分辨率、旁瓣及二次諧波衍射性能的測量數據。
2.根據權利要求1所述的一種聲光可調諧濾光器衍射性能弱光測試裝置，其特征在 于所述的單色光源系統(1)由溴鎢燈(11)和單色儀(12)組成，溴鎢燈(11)可產生波長 范圍為300 2500nm連續光譜，單色儀光譜掃描間隔可達到0. 005nm，光譜分辨率可達到 0. lnm，可實現寬光譜范圍內的全譜段掃描。
3.根據權利要求1所述的一種聲光可調諧濾光器衍射性能弱光測試裝置，其特征在 于所述的光信號調制系統(3)由斬光器(31)、鎖相放大器(32)組成，所述的斬光器(31) 對入射光進行頻率調制形成交流光信號，并提供參考信號給鎖相放大器(32)，使得探測器 可以檢測出弱信號，實現弱光條件下AOTF衍射性能測試。
專利摘要本實用新型公開了一種聲光可調諧濾光器衍射性能弱光測試裝置。該裝置由單色光源系統、光信號調制系統、光學系統及光電探測系統組成。單色光源系統可生成波長連續可調的單色光束，通過光闌孔后由斬光器對其進行頻率調制，交流光信號依次經由準直鏡、起偏器、濾光片形成單波長準直偏振光，并垂直入射AOTF；由棱鏡將會聚后的0級光及驅動后產生的衍射光折轉不同方向，分別由兩個光電探測器接收，從而分析AOTF的衍射性能。本發明裝置原理簡單、可操作性強，可滿足AOTF測試連續波長的需求，同時通過自動控制軟件可大幅提高測試效率。針對AOTF在弱光下的應用需求，利用鎖相電路實現弱光條件檢測，提高測試精度。該系統實現0級光和衍射光的獨立測試，提高測試準確性。
文檔編號G01M11/02GK201749021SQ20102026987
公開日2011年2月16日 申請日期2010年7月23日 優先權日2010年7月23日
發明者何志平, 楊世驥, 沈淵婷, 王建宇, 舒嶸, 袁立銀 申請人:中國科學院上海技術物理研究所