光栅光谱衍射效率测量新技术的误差分析与校正方法研究

衍射光栅是非常重要的色散元件,在光谱分析领域中有着广泛的应用,光栅光谱衍射效率的测量对于评估光栅性能和改进光栅制备工艺有着重要的作用。在目前常见光栅光谱衍射效率的测量技术中,由于存在两种需要重复数百次的机械运动,因而光栅光谱衍射效率的测量速度比较缓慢,如获取700~900 nm波段范围内的光谱衍射效率,大约需要5~8 min的时间。在之前的研究中,报道了一种快速测量光栅光谱衍射效率的新方法,新方法采用声光可调谐滤波器、积分球探测器和高速数据采集系统,可以完全消除现有测量方法中存在的两种耗时的机械运动,由于测量过程中没有任何机械运动的参与,新方法能在10 ms量级获得700~900 nm波段范围内的光谱衍射效率。首先对光栅光谱衍射效率测量新方法的主要误差来源进行了系统分析,发现新方法一个比较明显的误差来源是凸透镜的透过率与入射角相关;然后结合光学模拟,得到了激光光束以不同入射角度传播通过凸透镜时的透过率,并提出了相应的误差校正方法;最后结合实验测量数据,我们对光栅光谱衍射效率新测量技术的误差校正方法进行了实验验证。数据分析结果表明,在550~750 nm波段范围内测得的光栅光谱衍射效率,经过误差校正后,新方法与传统测量方法之间绝对误差的平均值从校正前的0.207%降低到校正后的0.099%,由于传统光栅光谱衍射效率测量方法的测量精度约为0.1%,结果表明,提出的误差校准方法能成功消除光栅光谱衍射效率新测量方法的主要误差来源。

基于总散射测量的表面质量检测新方法

光学元件在加工及使用过程中引入的麻点或擦痕会严重影响其表面质量。基于Peterson疵病散射理论,将麻点或擦痕引起的散射光分为两部分,即对麻点(或擦痕)内部表面的散射光作漫反射分析,对麻点或擦痕外围轮廓引起的散射光作衍射分析。进一步考虑麻点和擦痕的挡光效应,以及麻点衍射消失的边界条件,通过将疵病散射理论与国家标准GB/T 1185-2006相结合,推导出麻点、擦痕的双向反射分布函数的解析表达式,进而分析了不同疵病级数下的角分辨散射和总散射。研究结果表明:表面疵病的总散射与疵病面积近似成线性正比,进而据此提出了一种基于总散射测量的表面质量检测新方法,并分析了光学元件表面疵病的阈值。

光学镜面污染颗粒吸收特性的影响分析

针对实际工作中的光学元件表面粒子污染,以米氏理论为基础,分析了在风沙地区空气中污染颗粒(以SiO2为主)对入射激光能量的吸收效应。此外,进一步分析空气洁净度、元件工作面的朝向以及放置时间等对光学元件表面吸收特性的影响。结果表明,空气洁净度等级越高、元件工作面朝上、放置时间越久,光学元件的表面吸收能力越强。研究成果可为实际应用中光学系统的镜面污染控制提供理论参考。