专利名称：一种凹面衍射光栅衍射波前的检测方法
技术领域：
本发明涉及一种凹面衍射光栅衍射波前的检测方法，可广泛用于凹面衍射光栅不同级次衍射波的波前检测。
背景技术：
衍射光栅作为重要的分光原件，广泛用于天文仪器，光谱仪器和激光器中。要求光栅光谱具有高分辨率，高的信噪比和无鬼线等。这就要求光栅具有优良的质量。光栅质量 的检测无论对于光栅制造者还是使用者来说都是很必要的，通过对光栅整体质量的检测，不但可以了解光栅达到的最终质量状况，而且可以得到光栅制造过程中的重要信息。凹面光栅通常是在一个球面反射镜表面上由按弦等间隔精密刻槽组成。凹面光栅不仅起色散作用，而且兼起成像作用。凹面光栅的出现使光谱仪器的制造质量有了质的飞跃，不但进一步减小了光谱仪器的质量而且使光谱仪器的体积不断减小，为仪器的使用带来了方便。因此对光栅尤其是凹面光栅质量的检测就显得尤其重要。衍射光栅的性能指标有衍射波前、光栅分辨率、衍射效率、杂散光和鬼线。衍射波前是全部影响光栅性能参数的综合反映，包括槽形、杂散光、鬼线及基片像差。光栅的衍射波前直接决定了光谱质量和分辨本领，而且从波面形状可以判断有无鬼线及鬼线的种类。测量衍射光栅衍射波前及波前像差，实质上是利用一标准平面或球面波与实际波面相比较。常用的方一般法有干涉法、全息术、位相比对法(光学滤波法)。干涉法检测光栅是一种传统方法，但是效果并不理想，测量结果的精确度很难保证。与本发明相似的是吴迪等在《干涉法在光栅波前检测中的应用研究》(长春理工大学学报(自然科学版)，Vol. 34No. 2，2011)中提出基于干涉法的光栅衍射波前检测，但是文中提出的方法涉及装置较多测量光束经多次透射、反射后引入的像差对光栅波前的影响已不能忽略，精度大大减小。随着科学技术的不断进步，现代高性能的干涉测量系统ZYGO干涉仪在分辨率，抗干涉能力和测量精度方面有了显著进步。而基于ZYGO干涉仪并配合反射镜的使用减少了测量装置，让凹面光栅衍射波前检测在测量精度方面可以得到很大提高。

发明内容
本发明公开了一种凹面衍射光栅衍射波前的检测方法，利用ZYGO干涉仪、标准凸透镜、凹球面反射镜对凹面衍射光栅进行衍射波前检测，将测量得到的测量光与ZYGO干涉仪内的参考光相干涉，干涉结果经计算机软件处理得到凹面衍射光栅衍射波前检测结果。本发明了可以有效克服现有技术在凹面光栅衍射波前检测时测量精度不高、光栅位置不易调整，且费时费力的缺陷。本发明技术方案是这样实现的—种凹面衍射光栅衍射波前的检测方法，包括建立凹面衍射光栅衍射波前检测系统将标准凸透镜安装在ZYGO干涉仪上，ZYGO干涉仪内置激光器，凹面衍射光栅放置在旋转平台上；标准凸透镜与旋转平台之间铺设导轨，旋转平台置于导轨之上；凹球面反射镜置于凹面衍射光栅衍射光反射光路上；其特征在于按照以下步骤进行A)将标准凸透镜主光轴与凹面衍射光栅中心放在同一条直线上，凹面衍射光栅放置在标准凸透镜焦点后方并使凹面衍射光栅入缝与标准凸透镜焦点重合；B)凹球面反射镜主光轴与凹面衍射光栅中心在一条直线上并使凹球面反射镜的曲率中心与衍射光的汇聚点重合，汇聚点位于凹球面反射镜的主光轴与凹面衍射光栅中心所在的同一条直线上；凹球面反射镜用于反射衍射光；C)衍射光作为测量波面沿原路返回ZYGO干涉仪，在干涉仪中与参考波前发生干涉；D)干涉结果经计算机软件处理后得到凹面衍射光栅衍射波前检测结果； E)改变凹面衍射光栅入射光的入射角，可以得到同一凹面衍射光栅在不同入射角情况下同一级次的衍射波前的变化。所述导轨与标准凸透镜主光轴平行，旋转平台可沿导轨移动。所述ZYGO干涉仪隔离1-20HZ的震动，温度15° C_30° C。本发明结构简单、操作方便，光栅位置易调整，检测结果精确。


图I为本发明凹面衍射光栅衍射波前检测装置整体结构示意图；图2为本发明凹面衍射光栅衍射波前检测方法的光路示意图。I、计算机，2、ZYGO干涉仪，3、标准凸透镜，4、导轨，5、旋转平台，6、凹球面反射镜，7、凹面衍射光栅，8、标准凸透镜主光轴,9、重合点，10、汇聚点，11、凹球面反射镜主光轴。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。一种凹面衍射光栅衍射波前的检测方法，包括建立凹面衍射光栅衍射波前检测系统如图I、图2所示，将标准凸透镜3安装在ZYGO干涉仪2上，凹面衍射光栅7放置在旋转平台5上；标准凸透镜3与旋转平台5之间铺设导轨4，旋转平台置于导轨之上；凹球面反射镜6置于凹面衍射光栅衍射光反射光路上；ZYG0干涉仪2内置激光器为氦-氖激光器；导轨与标准凸透镜主光轴平行，旋转平台可沿导轨移动；ZYG0干涉仪隔离1-20HZ的震动，温度15° C-30° C。具体方法如下A)将标准凸透镜主光轴8与凹面衍射光栅7中心放在同一条直线上，凹面衍射光栅7放置在标准凸透镜3焦点后方并使凹面衍射光栅入缝与标准凸透镜焦点重合；B)凹球面反射镜主光轴11与凹面衍射光栅7中心在一条直线上，并使凹球面反射镜的曲率中心与衍射光的汇聚点10重合，汇聚点10位于凹球面反射镜主光轴与凹面衍射光栅中心所在的同一条直线上；凹球面反射镜用于反射衍射光；C)衍射光作为测量波面沿原路返回ZYGO干涉仪，在干涉仪中与参考波前发生干涉；D)干涉结果经计算机I软件处理后得到凹面衍射光栅衍射波前检测结果；E)改变凹面衍射光栅入射光的入射角，可以得到同一凹面衍射光栅在不同入射角情况下同一级次的衍射波前的变化。本发明工作原理如下位于ZYGO干涉仪2中的检测激光源发出检测激光，安装在输出孔之前的标准透射器件(在此为标准凸透镜3)将部分激光反射回ZYGO干涉仪2，形成参考波面。余下激光穿过透镜至光栅。检测凹面光栅时，光栅放置在可移动的旋转平台5上。检测凹面光栅时ZYGO干涉仪经透镜发出球面波，其中，标准凸透镜3的主光轴8与导轨4平行，凹面光栅放置在标准凸透镜3的焦点后方并使凹面衍射光栅入缝与标准凸透镜3的焦点重合，重合点9位于标准凸透镜的主光轴8与凹面衍射光栅中心所在的同一条直线上。位置确定后固定旋转平台5，通过旋转平台的5转动，确定所要检测的衍射波级次。凹球面反射镜6用于反射衍射光确保衍射光沿原路返回ZYGO干涉仪2。衍射光沿原路返回ZYGO干涉仪2作为测量波面并与检测激光源发出的参考波面发生干涉，经过MetroPix)软件处理后即可得到衍射波前结果。同时根据光栅入射光的入射角度不同，可以得到不同入射角情况下同一级次的光栅衍射波前的变化。
综上所述，本发明的一种凹面衍射光栅衍射波前检测方法，通过参考光与反射回干涉仪的衍射光相干涉，干涉结果经处理器处理后可以得到凹面衍射光栅衍射波前的结果。
权利要求
1.ー种凹面衍射光栅衍射波前的检测方法，包括建立凹面衍射光栅衍射波前检测系统将标准凸透镜安装在ZYGO干涉仪上，ZYGO干涉仪内置激光器，凹面衍射光栅放置在旋转平台上；标准凸透镜与旋转平台之间铺设导轨，旋转平台置于导轨之上；凹球面反射镜置于凹面衍射光栅衍射光反射光路上；其特征在于按照以下步骤进行 A)将标准凸透镜主光轴与凹面衍射光栅中心放在同一条直线上，凹面衍射光栅放置在标准凸透镜焦点后方并使凹面衍射光栅入缝与标准凸透镜焦点重合； B)凹球面反射镜主光轴与凹面衍射光栅中心在一条直线上并使凹球面反射镜的曲率中心与衍射光的汇聚点重合，汇聚点位于凹球面反射镜的主光轴与凹面衍射光栅中心所在的同一条直线上；凹球面反射镜用于反射衍射光； C)衍射光作为测量波面沿原路返回ZYGO干涉仪，在干涉仪中与參考波前发生干渉； D)干涉结果经计算机软件处理后得到凹面衍射光栅衍射波前检测结果； E)改变凹面衍射光栅入射光的入射角，可以得到同一凹面衍射光栅在不同入射角情况下同一级次的衍射波前的变化。
2.根据权利要求I所述的凹面衍射光栅衍射波前的检测方法，其特征在于所述导轨与标准凸透镜主光轴平行，旋转平台可沿导轨移动。
3.根据权利要求I所述的凹面衍射光栅衍射波前的检测方法，其特征在于所述ZYGO干涉仪隔离l-20Hz的震动，温度15° C-30。C。
全文摘要
一种凹面衍射光栅衍射波前的检测方法，将标准凸透镜安装在内置激光器的ZYGO干涉仪上，凹面衍射光栅放置在旋转平台上；旋转平台置于导轨之上；标准凸透镜主光轴与凹面衍射光栅中心在同一条直线上，凹面衍射光栅放置在标准凸透镜焦点后方并使凹面衍射光栅入缝与标准凸透镜焦点重合；凹球面反射镜主光轴与凹面衍射光栅中心在一条直线上并使凹球面反射镜的曲率中心与衍射光的汇聚点重合，重合点位于凹球面反射镜的主光轴与凹面衍射光栅中心所在的同一条直线上；衍射光作为测量波面沿原路返回ZYGO干涉仪，与参考波前发生干涉；干涉结果经计算机软件处理后得到凹面衍射光栅衍射波前检测结果；本发明结构简单操作方便，凹面衍射光栅易调整，检测结果精确。
文档编号G01M11/02GK102706542SQ20121021408
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月26日 优先权日2012年6月26日
发明者倪争技, 庄松林, 张大伟, 徐邦联, 王 琦, 钱林勇, 陶春先, 黄元申 申请人:上海理工大学