滤光片光谱透射率测量早期,滤光片的光谱透射率的测量采用的是单光束法[9]。如下图1。3(a)所示,光源发出的光经过透镜后以平行光出射,平行光入射到滤光片上后再经过一个透镜聚焦到单色仪上被探测器接收测量。由于单色仪的分光作用,探测器所接收到的光功率很小,所以探测器常使用光电倍增管。为了减少外部杂散光的影响,需要在滤光片前面加上斩波器,将入射光信号调制成周期性变化的交流光信号,并采用选频放大显示的探测器,从而提高探测信号的信噪比,如下图1。3(b)所示。81688
单光束法测量光谱透射率
该方法最大的缺点是滤光片插入前后的光功率不是在同一时间测量的,由于光源的不稳定性,运用出射光通量和入射光通量的比值计算的公式将会造成很大的误差[10]。因此这种方法对光源的稳定性要求特别高。
为了克服光源不稳定性对测量所带来的误差,在单光束的基础上设计了双光束法测量滤光片的光谱透过率。如下图1。4所示,光源发出的光经过单色仪后变成一束单色性更好的光,再经过一片分光镜,一部分透射再经过滤光片被探测器2所接收,一部分反射被探测器1所接收。这样的方法保证了探测器所探测到的光能是光源在同一时间发出的,然而对分光镜的要求是反射率和透射率相等,保证探测器1所测的的光功率跟透过分光镜的光功率是相等的。另外需要保证探测器1和探测器2对光的响应是相同的,从而消除测量仪器引进的误差。
双光束法测光谱透过率
以上两种用二极管或者光电倍增管作为探测器的方法,通常是需要用手动或者步进电机来控制单色仪,这样的优点是精度高,但是测量所用的时间很长,无法满足实时测量的要求。线阵CCD可以一次测量多个波长的光谱功率,目前,基于线阵CCD的光谱透过率测量系统的发展已经日趋完善,但是这样的系统会存在这样的限制:①CCD一般采用的是直线型的,然而色散光谱的传播却是球面型的,如果CCD的长度超过一定的范围,CCD两端的测量数据将会产生很大的误差。②由于CCD长度的限制,系统一次测量的光谱范围不能过大,否则将会引入很大的误差。
基于光谱分析仪测量滤光片光谱透过率会得到分辨率更高的结果,如长春光学精密机械与物理研究所设计的一款高精度光谱辐射计能实现10-6~10-8量级的光谱透过率高精度测量[11]。自20世纪80年代初,Anritsu公司首次研制成功衍射光栅型智能化近红外(0。6~1。7μm)光谱分析仪至今,Anritsu公司已推出多代以衍射光栅型分光技术为主导的光谱分析仪产品,测量波长范围已扩展至0。35μm的紫外波段[12]。虽然光谱仪测量滤光片的分辨率很高,但是它和单光束法测量具有同样的缺点,无法消除光源的不稳定性所引入的误差。论文网
采用分光光度计测量滤光片的光谱透过率在实际中也有很多的应用,如安徽光学精密机械研究所设计的高精度分光光度计测量的滤光片透过率合成不确定度为5。859×10-3[13]。所示的是分光光度计常用的结构框图,表1。1所示的是国外一些红外分光光度计的性能指标[14]。由表中可知,红外分光光度计的光谱分辨率最高可达0。09cm-1。5 分光光度计的结构示意图
表1。1 国外一些红外分光光度计的性能指标
2关于滤光片表面面型和粗糙度测量
国内外常用的测量光学零件表面面型的方法主要有玻璃样板法、刀口阴影法和用斐索干涉仪检测面型偏差。玻璃样板法是在光学零件制造过程中最常使用的通过观察高低光圈的方法来检验面型偏差的技术,该方法受主观因素影响较大,且不能直观地反映出零件表面面型的PV值和RMS值,精度不高。刀口阴影法精度高,可以达到λ/20的测量精度,但是它仅适用于凹球面,本课题研究的是平面型的滤光片,并不适用。用斐索干涉仪检测光学零件表面面型的方法是国内外最常用的方法,检测精度高,操作简便,易得到零件客观的面型参数。