CN105588708A - 光学滤光片高精度透过率的测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学滤光片高精度透过率的测试系统及测试方法，系统包括激光泵浦宽带光源、光调制器、双级联单色仪系统、光准直系统、测试暗箱、紫外可见光电倍增管、高压电源模块、光电信号处理模块、锁相放大器和工控计算机；测试时，光源产生的光经光调制器的调制，入射到双级联单色仪系统中产生高质量的单色光；经准直系统将光栅单色仪输出的光转变为准平行、小束径的单色光入射至被测滤光片；经滤光片衰减后的光入射至光电倍增管产生放大后的光电流信号；再在信号处理模块中对光电倍增管输出的光电流信号处理后送入锁相放大器进行相敏检测。本发明使用光调制器和锁相放大器的工作模式，可以高精度地测出光学滤光片透过率。

Description

光学滤光片高精度透过率的测试系统及测试方法

技术领域

本发明属于微光技术领域，特别是一种光学滤光片高精度透过率的测试系统及测试方法。

背景技术

透过率是评价光学滤光片高精度特性的主要参数。如何精确地测定滤光片的光谱透过率，直接关系着滤光片的制备及其性能检测，也在一定程度上给日盲紫外探测器件的实用性提供了指导。若滤光片的光学常数较高，则经滤光片衰减过后的光信号是极其微弱的。

目前，国内对光学常数大于10的滤光片透过率测试没有相关的报道，更没有提及其透过率的检测技术和方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学滤光片高精度透过率的测试系统及测试方法，用于测试光学滤光片透过率，其可探测出滤光片OD值为12的透过率。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种光学滤光片高精度透过率的测试系统，包括激光泵浦宽带光源、光调制器、双级联单色仪系统、光准直系统、测试暗箱、紫外可见光电倍增管、高压电源模块、光电信号处理模块、锁相放大器和工控计算机，所述紫外可见光电倍增管和被测滤光片均设置在测试暗箱内，且被测滤光片位于光准直系统和紫外可见光电倍增管之间，所述双级联单色仪系统入光口和出光口的两个滤光片轮分别装有200nm和350nm高通滤光片；

激光泵浦宽带光源产生白光经光调制器调制成具有设定频率的光信号，经双级联单色仪系统的光栅产生纯净的单色光，单色光入射至光准直系统转变为准平行、小束径的单色光，再入射至被测滤光片；经被测滤光片衰减后的单色光入射至紫外可见光电倍增管，在高压电源模块的作用下经光电转换成放大的光电流信号；再在信号处理模块中对光电倍增管输出的光电流信号进行滤波放大地处理后送入锁相放大器进行相敏检测得到稳定的电压信号；工控计算机根据锁相放大器得到的电压信号值确定透过的光功率值，与未经滤光片衰减的光功率之比即为被测滤光片的透过率。

一种光学滤光片高精度透过率测试方法，包括以下步骤：

步骤1、光调制器将激光泵浦宽带光源发出的光调制成设定频率的光信号；

步骤2、双级联单色仪系统将调制的光信号转换成设定波长的单色光；

步骤3、单色仪输出的单色光入射至光准直系统转变为准平行、小束径的光，然后照射被测滤光片；

步骤4、经被测滤光片衰减后的单色光入射至紫外可见光电倍增管，在高压电源模块的作用下经光电转换得到放大的光电流信号；

步骤5、信号处理模块对光电倍增管输出的光电流信号进行滤波放大处理，送入锁相放大器进行相敏检测得到稳定的电信号值；

步骤6、根据步骤5得到的信号值确定光功率，计算滤光片的透过率。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

(1)本发明有效地抑制了环境中的背景光和杂散信号，筛选出与入射光信号频率相似的有效电信号，提高了信噪比；

(2)本发明首次提出了光学滤光片高精度透过率的具体测试方法和测试系统，其极限探测OD值高达12，填补了国内光学滤光片高精度透过率测试方法和技术的空白；

(3)本发明采用光调制器和锁相放大器的工作模式，科学地给出了光学滤光片高精度透过率的测试方法，提高了工作在“日盲区”紫外探测器件的实用性。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明的光学滤光片高精度透过率测试系统原理框图。

图2为本发明实施方式中滤波片样品的透过率测试图。

具体实施方式

对于滤光片而言，光谱透过率是其重要的性能参数之一，如何精确地测定滤光片的光谱透过率，直接关系着滤光片的制备及其性能检测，也在一定程度上给日盲紫外探测器件的实用性提供了指导。为了更精确地探测出紫外可见光范围内高吸收滤光片的光谱透过率，本发明提出了一种用于200～600nm光谱范围内的光学滤光片高精度透过率测试系统及测试方法。

结合图1，本发明的一种光学滤光片高精度透过率的测试系统，其特征在于，包括激光泵浦宽带光源、光调制器、双级联单色仪系统、光准直系统、测试暗箱、紫外可见光电倍增管、高压电源模块、光电信号处理模块、锁相放大器和工控计算机，所述紫外可见光电倍增管和被测滤光片均设置在测试暗箱内，且被测滤光片位于光准直系统和紫外可见光电倍增管之间，所述双级联单色仪系统入光口和出光口的两个滤光片轮分别装有200nm和350nm高通滤光片；

激光泵浦宽带光源产生白光经光调制器调制成具有设定频率的光信号，经双级联单色仪系统的光栅产生纯净的单色光，单色光入射至光准直系统转变为准平行、小束径的单色光，再入射至被测滤光片；经被测滤光片衰减后的单色光入射至紫外可见光电倍增管，在高压电源模块的作用下经光电转换成放大的光电流信号；再在信号处理模块中对光电倍增管输出的光电流信号进行滤波放大地处理后送入锁相放大器进行相敏检测得到稳定的电压信号；工控计算机根据锁相放大器得到的电压信号值确定透过的光功率值，与未经滤光片衰减的光功率之比即为被测滤光片的透过率。

进一步的，光调制器的调制频率为172Hz。

高压电源模块产生的高压范围为0～1000V。

本发明还提供一种光学滤光片高精度透过率测试方法，具体过程为：

步骤1、光调制器将激光泵浦宽带光源发出的光调制成设定频率的光信号，具体为：

激光泵浦宽带光源采用激光泵浦的方式维持等离子体放电发光，避免了使用电极所带来的种种缺陷；首先通过高压放电点燃灯泡内的氙气，使氙气温度升高电离变成等离子体，连续激光光束经过透镜聚焦进入灯泡，利用激光的能量来维持灯泡内的等离子体，此时高压即可关闭，采用聚焦良好的激光来维持等离子体，可以使紫外光激发稳定而且易于聚焦；从而可以产生高亮度、高稳定性的白光；

光调制器光源发出的光调制成具有设定频率的光信号，以便于后续的信号处理模块和锁相放大器对有效信号进行筛选和对噪声信号的滤除；

步骤2、通过计算机控制双级联单色仪系统将调制的光信号转换成设定波长的单色光，具体为：

双级联单色仪系统有色散相加和色散相减两种模式：采用色散相加模式的双级联单色仪系统，能够双倍提升光谱分辨率，适合用高分辨率测量需求；采用色散相减模式，有效地降低了单色仪的杂散光，从而能够进行更微弱信号的探测；

由于该系统测试的是光学滤光片高精度，透过的光信号极其微弱，对杂散光的要求比较高，所以其采用色散相减模式，而杂散光的另一来源主要是光栅的二级衍射，所以在双级联单色仪系统的入光口和出光口都加了装有特定截止波长的高通滤光片的滤光片轮，控制其转动以达到消除杂散光的目的。

步骤3、单色仪输出的单色光入射至光准直系统转变为准平行、小束径的光，然后照射被测滤光片，具体为：

将待测滤光片放入装有紫外光电倍增管的测试暗箱中，使其夹在单色仪出光口处的光准直系统和光电倍增管中间；该光电倍增管使用的是SbCs双碱阴极，适合于紫外光和可见光的探测，满足测试工作在“日盲区”的紫外探测器件中滤光片透过率的要求；

步骤4、经被测滤光片衰减后的单色光入射至紫外可见光电倍增管，在高压电源模块的作用下经光电转换得到放大的光电流信号，

步骤5、信号处理模块对光电倍增管输出的光电流信号进行滤波放大处理，送入锁相放大器进行相敏检测得到稳定的电信号值；

步骤6、根据步骤5得到的信号值确定光功率，计算滤光片的透过率；

工控计算机根据锁相放大器得到的电信号值V₁，与标定文件中在相同高压相同波长下的光功率P₀对应的电压信号值V₀来换算透过的光功率P₁：

$P_1=\frac{P_0}{V_0}{V}_1$

计算光学滤光片在某个特定波长λ下透过率T(λ)：

$T\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{P_1\left(\mathrm{\λ}\right)}{P_0\left(\mathrm{\λ}\right)}$

其中，P₀(λ)表示在某个特定波长下未经滤光片衰减的光功率，P₁(λ)表示在某个特定波长下经滤光片衰减过后的光功率。

选取一个滤光片的样品，按照上述步骤进行测试，验证该套测试系统可以探测出滤光片OD值为12的透过率，结果如图2所示。

Claims (8)

1.一种光学滤光片高精度透过率的测试系统，其特征在于，包括激光泵浦宽带光源、光调制器、双级联单色仪系统、光准直系统、测试暗箱、紫外可见光电倍增管、高压电源模块、光电信号处理模块、锁相放大器和工控计算机，所述紫外可见光电倍增管和被测滤光片均设置在测试暗箱内，且被测滤光片位于光准直系统和紫外可见光电倍增管之间，所述双级联单色仪系统入光口和出光口的两个滤光片轮分别装有滤光片；

激光泵浦宽带光源产生白光经光调制器调制成具有设定频率的光信号，经双级联单色仪系统的光栅产生纯净的单色光，单色光入射至光准直系统转变为准平行、小束径的单色光，再入射至被测滤光片；经被测滤光片衰减后的单色光入射至紫外可见光电倍增管，在高压电源模块的作用下经光电转换成放大的光电流信号；再在信号处理模块中对光电倍增管输出的光电流信号进行滤波放大地处理后送入锁相放大器进行相敏检测得到稳定的电压信号；工控计算机根据锁相放大器得到的电压信号值确定透过的光功率值，与未经滤光片衰减的光功率之比即为被测滤光片的透过率。

2.根据权利要求1所述的光学滤光片高精度透过率的测试系统，其特征在于，所述双级联单色仪系统入光口和出光口的两个滤光片轮分别装有200nm和350nm高通滤光片。

3.根据权利要求1所述的光学滤光片高精度透过率的测试系统，其特征在于，光调制器的调制频率为172Hz。

4.根据权利要求1所述的光学滤光片高精度透过率的测试系统，其特征在于，所示高压电源模块产生的高压范围为0～1000V。

5.一种光学滤光片高精度透过率的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、光调制器将激光泵浦宽带光源发出的光调制成设定频率的光信号；

步骤2、双级联单色仪系统将调制的光信号转换成设定波长的单色光；

步骤3、单色仪输出的单色光入射至光准直系统转变为准平行、小束径的光，然后照射被测滤光片；

步骤4、经被测滤光片衰减后的单色光入射至紫外可见光电倍增管，在高压电源模块的作用下经光电转换得到放大的光电流信号；

步骤5、信号处理模块对光电倍增管输出的光电流信号进行滤波放大处理，送入锁相放大器进行相敏检测得到稳定的电信号值；

步骤6、根据步骤5得到的信号值确定光功率，计算滤光片的透过率。

6.根据权利要求5所述的光学滤光片高精度透过率的测试方法，其特征在于，步骤1中所述的光调制器的调制频率为172Hz。

7.根据权利要求5所述的光学滤光片高精度透过率的测试方法，其特征在于，所示高压电源模块产生的高压范围为0～1000V。

8.根据权利要求5所述的光学滤光片高精度透过率的测试方法，其特征在于，步骤6中滤光片透过率T(λ)的计算公式如下：

$T\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{P_1\left(\mathrm{\λ}\right)}{P_0\left(\mathrm{\λ}\right)}$

其中，P₀(λ)表示在某个特定波长下未经滤光片衰减的光功率，P₁(λ)表示在某个特定波长下经滤光片衰减过后的光功率，λ为波长。