首页 > 资讯 > 消息正文

新型光谱检测设备测量衍射光栅效率

发布:HPLSElaser    |    2018-02-07 00:23    阅读:171
分享:
      

研究人员目前已开发出一种新型的光谱检测工作站,能够通过同时测量入射波长和待检测单位来评估特定波长下的衍射光栅效率。

大多数光学分光计中的衍射光栅能够覆盖可见光、红外和紫外波段的光谱。吸收和发射光谱仪、荧光计、电感耦合等离子体仪器和高性能液相色谱设备都需要使用光栅光谱仪。核聚变研究中的大型单色器、阿秒物理高次谐波的生成,以及同步辐射都需要检测紫外光甚至是极紫外光与软X射线中波长非常短的光。空间测量仪器和天文望远镜中的衍射光栅能够对太空物体发出的光进行光谱分析。这种光栅通过调整激光波长并将激光脉冲拉伸或压缩。

光栅及其镀膜工艺的改进需要研究人员仅通过改变波长和所使用的几何形状而提高衍射效率。这种改进适用于抛光或直纹衍射光栅,以及全息、离子铣和其他凹槽轮廓和制造工艺。紫外光栅的应用,如热核聚变等清洁能源、更有效的照明荧光粉和半导体光源,以及在更小的硅芯片上集成更多功能,都将受益于改进的分析仪器和使用深紫外线进行诊断测量。


图1.用于光谱检测工作站的真空分光光度计,可用于测量平面衍射光栅的效率和偏振响应。图片来源:McPherson。

用于测量平面衍射光栅效率和偏振响应的光谱测试工作站可测量10~50毫米的光栅或目视元件的衍射效率(图1)。样品测量仪装有控制光栅入射角的软件,电动检测器可以根据凹槽密度计算出的一系列角度或波长进行扫描。光栅角度和入射波长同步扫描以快速收集选定衍射级的光栅效率。

设计思想

用于测量平面衍射光栅效率和偏振响应的光谱测试工作站具有许多优点,其中最重要的是系统的便捷性和可靠性。测试光栅所需的运动是围绕与穿过测试光栅顶点的单色器的光轴垂直方向进行简单旋转。样品架基准边缘将前表面定位在旋转点处。系统测试了在约7~30度的入射角和120~300nm的波长下测量平面光栅的效率。


图2.光谱检测工作站的真空和可吹扫分光光度计的示意图,用于测量平面衍射光栅效率和偏振响应。样品测量仪中的旋转检测器显示在几个位置。在这个系统中,光栅相对于单色器光束可以有一个固定的
入射角,允许光电倍增管独立地绕其旋转,或者入射角和观察到的衍射角同时变化。图片来源:McPherson。

工作站具有三个主要部分:单色照明器、光束传输光学器件和偏振器和样品测量仪(图2)。在样品测量仪中,闪烁体和光管可围绕被测试的光栅旋转。它们使信号均匀化,减少光电倍增管和其他检测器中不均匀光电阴极引起的光度误差。光栅(样品)底座能够线性平移出光束。当离开光束时,检测器接收来自单色器出口狭缝和光束传输光学器件I0的辐射。入射到光栅上的参考强度与被衍射光强度的比值可得到衍射效率。偏振器在需要时可放置于光束中,并且可以在真空或吹扫条件下被方便地插入或收回。


测量波长在200nm以下的深紫外光中的1200g/mm(红色)和1000g/mm(蓝色)衍射光栅的衍射光栅效率。在这些波长处,施加到光栅表面的反射镀膜的性质和质量在性能上起着重要的作用。图片来源:McPherson。

为了测量反射效率,将光栅放置在测量位置并旋转到所需的入射角。软件设置允许设置和控制衍射顺序,扫描开始和结束波长和增量或波长步长。软件从单色照明器的波长和被测光栅的角度位置索引波长,测量值和参考值以百分比反映结果的比例。在这个波长范围内,光衰减和污染在光学性能中起着重要的作用。

样品测量仪中的探测器可以从0(阻挡入射光束)旋转到180度,即透射测试位置。入射角的限制来自闪烁体和光束尺寸,高采样角度受信噪比的限制,因为必须减小光束尺寸,以减小样本的占位面积,以便在旋转到高角度时减小样本的表观面积。在使用时可以将光栅旋转到大约65度,也不会有任何测量困难或出现失真的结果。


图为2400g/mm全息衍射光栅的偏振和平均响应。对于可见光波长优化的光栅,深紫外线迹线是S(红色)、P(蓝色)和平均(绿色)响应。图片来源:McPherson。

设备的缺点之一是从源到检测器的路径过长,测量可能受到真空系统不稳定或残余气体压力的影响。在10-5或10-6托的压力下,这一缺点并不构成问题,但是在10-4托或更高的压力下,残余气体的吸收可能会引起一些误差。因此,设备中高效的泵送系统或干燥氮气的良好来源是必不可少的。清洗时,水蒸气和残余氧气水平应低于10 ppm,以便进行可重复性测量。不进行真空操作可以最大限度地减少因光学污染导致的光降解或漂移。


图为2400g/mm全息衍射光栅的偏振和平均响应。对于紫外(200nm)优化的光栅,深紫外迹线是S(红色)、P(蓝色)和平均(绿色)响应。图片来源:McPherson。

使用样品测量仪的光管和探测器,在参考光束和衍射光束之间的闪烁体上存在探测光束的左右颠倒。如果光束和检测器都不均匀,那么设备的测量效率可能会降低的。但是闪烁体和通过光管的光路使光束变得均匀,这可以最大限度地减少检测器的光电阴极因不均匀性而产生的影响,并持续改善测量结果。


图为2400g/mm全息衍射光栅的偏振和平均响应。深紫外迹线是具有氟化镁镀膜的铝的闪耀全息光栅的S(红)、P(蓝)和平均(绿)响应(数据由日本岛津公司提供)。图片来源:McPherson。

用于测量平面衍射光栅效率和偏振响应的光谱测试工作站能够提供准确的结果,因为它是建立在经过验证的绝对分光光度计设计基础之上的。其零件是根据实际使用的几何尺寸进行测量的,并且不需要使用目视样本。这增加了测量的可信度和确定性,因为结果不取决于深紫外线中参考元件的性能或参考元件的性能变化,其中参考元件易于发生光照或其他环境退化。偏光片进一步增加了设备的实用性。该系统由软件进行控制,为检测深紫外光谱衍射光栅的光学性能提供了一种易于使用和高可靠性的平台。

来源: https://www.photonics.com/Article.aspx?AID=62952

本文受译者委托,享有该文的专有出版权,其他出版单位或网站如需转载,请与本站联系,联系email:mail@opticsjournal.net。否则,本站将保留进一步采取法律手段的权利。

免责声明

网站内容来源于互联网、原创,由网络编辑负责审查,目的在于传递信息,提供专业服务,不代表本网站及新媒体平台赞同其观点和对其真实性负责。如因内容、版权问题存在异议的,请在20个工作日内与我们取得联系,联系方式:021-69918579。网站及新媒体平台将加强监控与审核,一旦发现违反规定的内容,按国家法规处理,处理时间不超过24小时。