专利名称：基于通用光谱仪的光栅检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型主要涉及对光存储装置中的光学元件的检测设备，尤其涉及对 光栅进行检测且基于通用光谱仪的光栅检测仪。
背景技术：
随着光存储技术的不断进步，现有的光学读写头已经发展到集蓝光"OSnm 波长)、红光(660nm)和红外光(780nm)于一身的多功能光存储光盘拾取器。 随着光学读写头功能的多样化，光学读写头结构的复杂程度和各元件性能要求 的严谨程度也随之急速提高。光学读写头的工作波段可以从紫蓝光400nm波段 延伸至近红外800nm波段，而光学读写头中镜片的透过率、反射率和光栅的分 光比等参数都必须在此波段范围内满足相应的性能要求。因此，用于光学读写 头的镜片和光栅的检测设备所使用的光源也必须涵盖400nm-800nm波段。
用于光谱研究的分光光度计，也叫光谱仪，其工作波段可覆盖190nm至 3300nm。基于光傳仪的宽波段优点，配合适当的治具和检测设备，光镨仪已成 功地应用在光学读写头镜片的检测领域。
用于光学读写头的光学元件中可分为两大类，第一类为具有光焦度的元件， 如物镜和准直镜；第二类为没有光焦度的元件，如反射镜、分光镜和光栅。光 谱仪针对第二类光学元件中的反射镜和分光镜的检测特别有效，如利用配套了 特定治具的附件，可使光谦仪测试镜片在特定的入射角度范围和特定波段范围 内的光反射率和光透过率。
虽然现有的光语仪对于光学读取头的平面镜片检测技术十分成熟，但在用 于光学读取头的光栅4企测则非常罕见。如图1和图2所示，入射光束ll垂直入
射光栅1后，光栅1把入射光束11分成三束衍射光，分别为0级主光束12、 +1 级衍射光13和-1级衍射光14;此时，光栅面的法线与入射光束11的光轴重合，
3三束彩于射光的中心连线与光斥册栅线方向垂直，且与入射光轴垂直，如图l所示，
光轴方向为0-Z，光栅栅线方向与垂直方向0-Y重合，三束衍射光的中心连线(即 三束光排列方向)与水平方向0-X重合；其中0级主光束12与入射光束11的 传播方向相同；± 1级衍射光13与14的传播方向分別与0级主光束12的传播 方向存在一个相等的衍射角6 ，该衍射角6由下面的表达式决定 0 = arcsin互，式中入代表入射波长，d为光栅常数。
但是，用于光学读写头的光栅难以像普通平面镜片 一样在光语仪上进行检 测，因为(1)光学读写头光4册的光学特点限制了该应用；(2)光谱仪有限的工 作距离阻碍了应用。图3为一典型光学读写头光栅在光谱仪中被准直的单色光 垂直入射后，经过光栅衍射后的三光束在光能探测器入口的4黄截图，如图3所 示，-1级光斑23与0级光斑21重叠，而0级光斑21与+1级光斑22重叠，并 且三光束光斑都在光能探测器孔径24内。如想单独检测Q级和±1级光束的光 束，需要满足两个必要条件，其中(1)三光束之间不存在互相重叠，即相邻 两束衍射光的中心距L大于等于入射光束直径25; ( 2 )光能探测器的通光孔径 只能使其中一束光束通过。为了解决上述问题，目前常采用两种方法。
一种方法是在不变的工作距离的情况下，即光栅到光能探测器的距离， 缩小光栅入射光束直径至某一临界值以下，与此同时，需要保证光能探测器的 通光孔径比入射光束直径大，并且该孔径能阻隔其余两光束的进入，从而解决 上述问题。
另一种方法是在入射光束直径不变的情况下，当工作距离大于入射光束 直径与衍射角余切值的乘积的时候，与此同时，需要保证光能探测器的通光孔 径比入射光束直径大，并且该孔径能阻隔其余两光束的进入，也能解决上诉问 题。
在以上两个方法中， 一个需要改变光谱仪的光束直径，另一个需要光语仪 拥有足够的工作空间，这都是需要具备相应特点的光谱仪才能符合的要求，有 失普遍适用性；而两个方案都有一个共通点，需要把光能探测器的通光孔径缩 小，并且光束与光束之间的距离都非常接近，容易由于对准误差而影响检测的 准确性。
4因此，急需一种衍射光束之间不相重叠且光能探测器入口只能让一束衍射 光束通过的安装操作方便，实用性强、且能准确对光栅进行光学特性检测的基 于通用光谱仪的光栅检测仪。

实用新型内容
本实用新型的目的在于是提供一种衍射光束之间不相重叠且光能探测器入 口只能让一束衍射光束通过的安装操作方便，实用性强、且能准确对光栅进行 光学特性检测的光栅检测仪。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案为提供一种基于通用光镨仪的 光栅检测仪，安装于光谱仪发出的准直单色出射光束后，所述光栅检测仪包括 光栅、光栅旋转台及光能探测器，所述光栅可旋转的安装于所述光栅旋转台上， 所述光栅旋转台位于所述光镨仪与光能探测器之间，其中，在所述光能探测器 与所述光栅之间还设有透镜，所述透镜满足下述公式
义xf
上述r为透镜的角放大率，d为所述光栅的光栅常数，入为所述光语仪发出 的准直单色出射光束的波长(即入射到光栅上的入射光束波长)，t为所述透镜 到所述光能探测器入口的距离，山为所述光能探测器入口的直径。
较佳地，所述光栅检测仪还包括用于能量收集的积分球，所述积分球上设
有积分球入口和光能探测器接口，所述积分球入口为d"所述光能探测器伸入
所述光能探测器接口内。所述积分球主要使入射至积分球的光强分布经过积分 球的漫反射后，出射至光能探测器时的光强分布均匀，提高本实用新型光栅检 测仪对光栅等元学元件的光学特性检测的准确性。
较佳地，本实用新型光栅检测仪的透镜为出射角放大镜，具体地，所述出 射角放大镜为望远镜。望远镜具有较大的角放大率y，从而可使得透镜到光能探 测器入口的距离变得较小，缩小光谱仪的工作空间，并使得本实用新型实用强 更强，且检测更准确。
本实用新型与现有技术相比，由于本实用新型在光栅与光能探测器之间有 透镜，所述透镜使从光栅出射出的± 1级衍射光经透镜放大后出射到光能探测器上，不存在与中心的O级衍射光发生互相重叠的现象，并且使土l级书f射光的中
心距离大于光能探测器孔径的直径，不用缩小光能探测器的通光孔径即可使光 能探测器能独立地检测每一级衍射光的能量，避免了现有技术中由于不同级衍 射光束之间距离非常接近所带来的对准误差而影响检测的准确性，本实用新型 所提供的光栅检测仪在配合通用的光谱仪时能对光栅等光学元件的光学特性进 行准确的检测，具有普遍的适用性，且检测准确。


图1为入射光束垂直通过光栅的立体示意图。
图2为入射光束垂直通过光栅的平面示意图。
图3现有技术中经光栅衍射后的光束在光能探测器入口的截面图。
图4为本实用新型的光栅检测仪的结构示意图。
图5为本实用新型的光栅检测仪的侧面示意图。
图6为图5沿A-A线的剖视图。
具体实施方式
如图4、图5所示，本实用新型光栅检测仪3，安装于光谱4义4发出的准直 单色出射光束后，所述光栅检测仪3包括光栅311、光栅旋转台312、及光能探 测器(图中未示)，光栅旋转台312位于光谱仪4与光能探测器之间，光栅311 位于光栅旋转台312上并可沿方向箭头C-C方向旋转，在所述光能探测器与所 述光栅311之间还设有透镜32，所述透镜32满足下述公式
义xf ，
上述r为透镜的角放大率，d为所迷光栅的光栅常数，入为所述光语仪发出 的准直单色出射光束的波长(即入射到光^Lh的入射光束波长)，t为所述透镜 到所述光能探测器入口的距离，di为所述光能探测器入口的直径；其中透镜32
6射光束之 间不存在互相重叠；另一方面，光能探测器入口只能让一束衍射光束通过。更 具体地，结合图5及图6所示，如下
较佳者，本实用新型光栅检测仪3还包括用于能量收集的积分球331，所述 积分球331上设有积分球入口 3311和光能探测器接口 3312,所述积分球入口 3311直径为山，则t即为所述透镜32到所述积分球入口 3311的距离，所述光 能探测器伸入所述光能探测器接口 3312内。积分球331可绕积分球转动轴D-D 在水平面上沿方向箭头B-B方向转动。具体工作原理结合图1及图2所示，如 下
当光栅311平面的法线方向与入射光束41 (即，光镨仪发出的准直单色出 射光束)的光轴方向0-Z重合，光栅311的栅线方向与垂直方向0-Y重合，据 光栅分光原理可知，入射光束41将在水平方向0-X上被光栅311分为三束衍射 光束，0级主光束42、 +1级衍射光43和-1级^f汙射光44，其中± 1级衍射光43、 44与0级主光束42之间的衍射角为a,;三束衍射光束42、 43和44穿过具有角 放大率为y的透镜32后，上述三束衍射光束42、43和44分别变为衍射光束42 、、 43、和44、，衍射角a!发生了变化变为了 a2，即土1级衍射光43、、 44 、与0级主 光束42、之间的出射角为a2;穿过透镜32的三束衍射光束42 、、 43、和44、经过 距离t后，到达积分J求331的积分球入口 3311,其中积分J求入口 3311的直径为 山，上述±1级书亍射光43、、 44、在直径为山的积分球入口 3311处的中心距离为 d2;入射至积分球331的光强经过积分球331的漫反射后通过光能探测器接口 3312出射至光能探测器上，所述积分球311主要使入射至积分球的光强分布经 过积分球的漫反射后，出射至光能探测器接口 3312时的光强分布均匀，提高本 实用新型光栅检测仪对光栅等元学元件的光学特性检测的准确性。具体地，所 述积分球331可沿方向箭头B-B方向在水平面上转动，通过转动积分球311可 使积分球接口 3311分别对准衍射光束42、、 43、及44、，从而光能探测器能独立 地检测每一级衍射光的能量，测量精准，操作筒单。
由于用于不同光学读写头的光栅不但光栅常数和使用波长不同，而且光栅 的栅线方向也会根据光学读写头结构的不同而存在差异。因此，为了保证三束衍射光束42、 43和44的排列方向与积分3求331的转动方向B-B—致，光4册测
试仪3具有对光栅311自行旋转的光栅旋转台312，从而使得光栅311的栅线方
向与垂直方向0-Y相同。如图7a和图7b所示，光栅旋转台312可使光栅311
沿方向箭头C-C方向自行旋转，从而保证三束衍射光束42、 43和44的排列方
向与积分球331的转动方向B-B —致。
结合图4至图7b，对本实用新型光栅检测仪实现三束衍射光束之间不存在
互相重叠及光能探测器入口 (即，积分球入口 3311)只能让一束衍射光束通过
的特点做一详细的推论阐述由于积分球入口 3311的直径山必定大于等于光谱
仪4发出的的准直光直径d。，可以得到结论l: d2>2xd1; 又因为，《^xtan00，
联立结论1可以得到结论2: 乂i、
"2 > arctan(丁)；
由结论2与衍射角公式P:arcsinA (式中入代表入射波长，d为光栅常数， e为衍射角)联立，可得到关于结论3: & 2 arctan(、
< fli = arcsm— y》-
、 fli
上述y为透镜32的角放大率，d为所述光栅311的光栅常数，入为所述光i普 仪4发出的准直单色出射光束41的波长(即入射到光栅上的入射光束波长)，t 为所述透镜32到所迷积分J求入口 3311的距离，山为所述积分J求入口 3311的直 径。
因此，当透镜32的角放大率y满足p^i时，本实用新型光栅检测仪3
义xf
既能实现三束衍射光束42、 43和44之间不存在互相重叠，又能使光能探测器 入口 (即，积分球入口 3311)只能让一束衍射光束通过，从而光能探测器可以 单独的检测三束衍射光束42、 43和44。这样不用改变所述入射光束41的直径，或者改变光栅311和积分球331之间距离，或者缩小积分球331入口 3311的直 径，使本实用新型具有普遍适用性，可以在通用光谱仪4出射的准直单色出射 光束的作用下完成对光栅311等光学元件的光学特性检测。
本实用新型光栅检测仪所涉及的光谱仪4可用其它同等可出射出准直单色 光束的光学仪器替代。本实用新型基于通用光谱仪的光栅检测仪所涉及的安装 及调试均为本领域普通技术人员所熟知，在此不再做详细的说明。
以上所揭露的仅为本实用新型的优选实施例而已，不能以此来限定本实用 新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实 用新型所涵盖的范围。
权利要求1、一种基于通用光谱仪的光栅检测仪，安装于光谱仪发出的准直单色出射光束后，所述光栅检测仪包括光栅、光栅旋转台及光能探测器，所述光栅可旋转地安装于所述光栅旋转台上，所述光栅旋转台位于所述光谱仪与所述光能探测器之间，其特征在于在所述光能探测器与所述光栅之间还设有透镜，所述透镜满足下述公式<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>&gamma;</mi><mo>&GreaterEqual;</mo><mfrac> <mrow><mi>d</mi><mo>&times;</mo><msub> <mi>d</mi> <mn>1</mn></msub> </mrow> <mrow><mi>&lambda;</mi><mo>&times;</mo><mi>t</mi> </mrow></mfrac> </mrow>]]></math></maths>上述公式中γ为透镜的角放大率，d为所述光栅的光栅常数，λ为所述光谱仪发出的准直单色出射光束的波长，t为所述透镜到所述光能探测器入口的距离，d1为所述光能探测器入口的直径。
2、 如权利要求l所述的基于通用光谱仪的光栅检测仪，其特征在于还包括用于能量收集的积分球，所述积分球上设有积分球入口和光能探测器接口，所述积分球入口直径为山，所述光能探测器伸入所述光能探测器接口内。
3、 如权利要求l所述的基于通用光谱仪的光栅检测仪，其特征在于所述透镜为出射角放大镜。
4、 如权利要求3所述的基于通用光i普仪的光栅检测仪，其特征在于所述出射角放大镜为望远镜。
专利摘要本实用新型公开了一种基于通用光谱仪的光栅检测仪，安装于光谱仪发出的准直单色出射光束后，所述光栅检测仪包括光栅、光栅旋转台及光能探测器，光栅可旋转地安装于光栅旋转台上，光栅旋转台位于所述光谱仪与光能探测器之间，其中，在光能探测器与光栅之间还设有透镜，所述透镜满足下述公式γ≥(d×d₁)/(λ×t)，γ为透镜的角放大率，d为光栅的光栅常数，λ为光谱仪发出的准直单色出射光束的波长，t为透镜到光能探测器入口的距离，d₁为光能探测器入口的直径。具备本实用新型上述透镜的光栅检测仪一方面能使衍射光束之间不存在互相重叠；另一方面，光能探测器入口只能让一束衍射光束通过，另本比较适合配合通用光谱仪使用，具有普遍的适用性，且具有较高的检测精度。
文档编号G01M11/02GK201408110SQ20082020638
公开日2010年2月17日 申请日期2008年12月30日 优先权日2008年12月30日
发明者孙满龙, 杨明生, 毛乐山, 潘龙法, 王德熙, 程雪岷, 马建设 申请人:东莞宏威数码机械有限公司;清华大学深圳研究生院