本文選題：光柵衍射效率 + 傅里葉光學(xué)　； 參考：《中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)》2016年博士論文

【摘要】：作為衍射光柵最為重要的特性之一,光柵的衍射效率直接決定了光譜儀器的能量傳輸特性;其檢測的結(jié)果能夠指導(dǎo)衍射光柵的制作以及刻劃機(jī)的精度分析工作。因此,高精度光柵衍射效率測量設(shè)備的研究和開發(fā)工作對于光柵的制作者和使用者都具有重要價值。目前普遍采用雙單色儀結(jié)構(gòu)測量光柵的衍射效率,然而傳統(tǒng)雙單色儀結(jié)構(gòu)測量光柵衍射效率方法中存在兩個問題:一是測量標(biāo)準(zhǔn)反射鏡、待測衍射光柵出射光譜帶寬不同、光柵疊級、雜散光影響光柵衍射效率的準(zhǔn)確性;二是單次測量僅針對單波長的測量模式影響光柵檢測的效率。因此,本文提出了一種基于傅里葉光學(xué)原理的光柵衍射效率檢測方法。針對該方法進(jìn)行了較為深入的研究,其主要研究工作如下:第一,結(jié)合傳統(tǒng)光柵衍射效率測試原理與傅里葉光學(xué)原理,提出了一種基于傅里葉光學(xué)原理的光柵衍射效率檢測方法,推導(dǎo)并建立了該方法檢測光柵衍射效率的數(shù)學(xué)模型,采用相關(guān)軟件完成該方法的仿真驗證,并對比傳統(tǒng)雙單色儀測量方法討論該方法檢測光柵衍射效率的測試條件及測試優(yōu)勢;第二,針對傅里葉變換型光柵衍射效率檢測方法可能影響最終測量結(jié)果的因素:動鏡平移誤差、動鏡傾斜誤差、運動距離誤差、系統(tǒng)像差及采樣誤差,結(jié)合傅里葉光學(xué)原理與光學(xué)追跡理論進(jìn)行仿真分析,得出上述因素對最終衍射效率檢測結(jié)果的影響,從而為儀器的設(shè)計提供理論指導(dǎo);第三,根據(jù)提出的傅里葉變換型光柵衍射效率檢測方法完成傅里葉變換型光柵衍射效率檢測儀的實際設(shè)計:通過分析光源穩(wěn)定性對測量結(jié)果的影響完成光源系統(tǒng)的選材與設(shè)計;通過分析入孔尺寸、光學(xué)元件面型、角錐棱鏡垂直度等因素對儀器的影響完成前置干涉系統(tǒng)的選材與設(shè)計;利用傳統(tǒng)的消像差設(shè)計方法完成測量單色儀的設(shè)計;第四,采用光斑對準(zhǔn)及觀察干涉圖樣的方法對已設(shè)計的傅里葉變換型光柵衍射效率檢測儀進(jìn)行裝調(diào),并結(jié)合實際測量需要完成傅里葉變換型光柵衍射效率檢測儀的測控系統(tǒng)設(shè)計及數(shù)據(jù)處理開發(fā)工作;第五,通過傅里葉變換型光柵衍射效率檢測儀實驗完善儀器的裝調(diào)及測控系統(tǒng)設(shè)計,為提高儀器的性能提出增加輔助探測器的改進(jìn)方案,對比分析原方案和改進(jìn)方案并完成對比實驗,最后就改進(jìn)后的傅里葉變換型光柵衍射效率檢測儀相關(guān)性能進(jìn)行實驗驗證。實驗結(jié)果表明基于傅里葉光學(xué)原理的光柵衍射效率檢測方法及其儀器整體的設(shè)計、裝調(diào)、定標(biāo)等均正確有效。
[Abstract]:As one of the most important characteristics of the diffraction grating, the diffraction efficiency of the grating directly determines the energy transfer characteristics of the spectrometer, and the detection results can guide the fabrication of the diffraction grating and the precision analysis of the engraving machine.Therefore, the research and development of high precision grating diffraction efficiency measurement equipment is of great value to the producers and users of grating.At present, double monochromator is widely used to measure the diffraction efficiency of grating. However, there are two problems in the traditional method of measuring diffraction efficiency of grating with double monochromator: one is measuring standard reflector, the bandwidth of outgoing spectrum of diffraction grating to be measured is different.The accuracy of grating diffraction efficiency is affected by raster stacking and stray light, and the efficiency of grating detection is affected by single measurement only for single wavelength measurement mode.Therefore, a grating diffraction efficiency detection method based on Fourier optics is proposed in this paper.The main research work is as follows: first, combining with the traditional diffraction efficiency measurement principle and Fourier optics principle,A grating diffraction efficiency detection method based on Fourier optics is proposed. A mathematical model for grating diffraction efficiency detection is derived and established.Compared with the traditional double Monochromator measurement method, the test conditions and advantages of this method for measuring grating diffraction efficiency are discussed.In view of the factors which may affect the final measurement results, such as the moving mirror translation error, the moving mirror tilt error, the moving distance error, the system aberration and the sampling error, the diffraction efficiency detection method of Fourier transform grating may affect the final measurement result.Combining the Fourier optics principle with the optical tracing theory to carry on the simulation analysis, obtains the above factors to the final diffraction efficiency detection result influence, thus provides the theory instruction for the instrument design; third,According to the Fourier transform grating diffraction efficiency testing method, the practical design of the Fourier transform grating diffraction efficiency detector is completed: the material selection and design of the light source system are completed by analyzing the influence of the light source stability on the measurement results;The material selection and design of the pre-interference system are completed by analyzing the influence of the size of the hole, the surface of optical element and the perpendicularity of the angle cone prism. The traditional aberration design method is used to complete the design of the measuring Monochromator.The method of spot alignment and interference pattern observation is used to adjust the designed Fourier transform grating diffraction efficiency detector.The measurement and control system design and data processing development of the Fourier transform grating diffraction efficiency detector are completed in combination with the actual measurement.Through the experiment of Fourier transform grating diffraction efficiency detector, the design of instrument installation and measurement and control system is perfected. In order to improve the performance of the instrument, an improved scheme of adding auxiliary detector is put forward. The original scheme and the improved scheme are compared and analyzed, and the contrast experiment is completed.Finally, the related performance of the improved Fourier transform grating diffraction efficiency detector is verified experimentally.The experimental results show that the grating diffraction efficiency detection method based on Fourier optics principle and the design, adjustment and calibration of the instrument are all correct and effective.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O436.1

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本文編號：1767605