一种光栅表面衍射周期均一性的快速测量方法及系统与流程

本发明属于光栅测量，具体涉及一种光栅表面衍射周期均一性的快速测量方法及系统。

背景技术：

1、衍射光栅是可以实现对光进行衍射的光学装置。衍射光栅包含周期性结构，可以引起空间振幅或者相位变化。该类光学原件被广泛应用于各类集成光学、光学全息、光学频谱分析、光通信系统、ar/vr等光学显示领域。在衍射光栅的应用场合中，对其光学周期的加工精度有极高的要求，此外，光栅表面衍射周期的一致性也是亟待考量的指标之一。

2、目前一般选用衍射法进行光栅表面衍射周期的测量。现有的测试方案，一般选用单束激光对光栅表面衍射周期进行点对点测量，即依次将单束激光打在光栅表面的测量点位进行衍射周期的测量，当前测量点位测试完成后需要重新移动光栅样品进行下一个测量点位的测量，现有测试方案无法满足快速实现对同等条件下光栅表面区域周期进行均一性测试的需求。

技术实现思路

1、为了满足现有技术的需要，本发明提供一种光栅表面衍射周期均一性的快速测量方法及系统。

2、本发明通过如下技术方案实现：

3、本发明提供一种光栅表面衍射周期均一性的快速测量方法，包括如下步骤：

4、将待测光栅样品置于基材治具上；

5、把激光器发射的单个细光束变为多个细光束；

6、将多个所述细光束作为入射光束依次打在待测光栅样品表面当前区域的测量点位；

7、旋转所述待测光栅样品，确定待测光栅样品表面当前区域的测量点位的衍射周期。

8、进一步的，所述把激光器发射的单个细光束变为多个细光束，包括如下步骤：

9、将所述激光器发射的单个细光束入射扩束镜，所述扩束镜将单个细光束变为单个宽光束；

10、单个所述宽光束入射第一透光板，单个所述宽光束经所述第一透光板后变为多个所述细光束。

11、进一步的，在所述第一透光板上设置多个第一透光孔；

12、单个宽光束分别入射多个所述第一透光孔，得到与第一透光孔数目对应的多个细光束。

13、进一步的，所述将多个所述细光束作为入射光束依次打在待测光栅样品表面当前区域的测量点位，包括：

14、多个所述细光束依次经过第二透光板后作为入射光束打在待测光栅样品表面当前区域内的测量点位。

15、进一步的，所述多个所述细光束依次经过第二透光板后作为入射光束打在待测光栅样品表面当前区域内的测量点位，包括如下步骤：

16、在所述第二透光板上设置一个第二透光孔；

17、驱动所述第二透光板转动，使得第二透光板上的第二透光孔进行转动；

18、控制所述第二透光板的转速，使得多个所述细光束依次经过所述第二透光孔后作为入射光束打在待测光栅样品表面当前区域内的测量点位。

19、进一步的，所述旋转所述待测光栅样品，确定待测光栅样品表面当前区域的测量点位的衍射周期，包括如下步骤：

20、旋转所述待测光栅样品，使得设定级次的衍射光与当前入射光束重合，获取待测光栅样品表面当前区域内当前测量点位的衍射角与入射角；

21、基于所述当前测量点位的衍射角与入射角，根据光栅方程，确定待测光栅表面当前区域内当前测量点位的衍射周期。

22、进一步的，所述旋转所述待测光栅样品，使得设定级次的衍射光与当前入射光束重合，获取待测光栅样品表面当前区域内当前测量点位的衍射角与入射角，包括如下步骤：

23、转动所述基材治具的转台，使得所述待测光栅样品围绕z轴进行旋转，直至设定级次的衍射光与当前入射光束重合；此时，，其中，表示转台的旋转角度、表示待测光栅样品表面当前区域内当前测量点位的入射角，表示待测光栅样品表面当前区域内当前测量点位的衍射角；

24、获取转台的旋转角度，即得到待测光栅样品表面当前区域内当前测量点位的入射角或者衍射角。进一步的，所述基于所述当前测量点位的衍射角与入射角，根据光栅方程，确定待测光栅表面当前区域内当前测量点位的衍射周期，包括如下步骤：

25、将所述当前测量点位的衍射角、当前测量点位的入射角、衍射光的设定级次、波长带入光栅方程，计算得到：

26、

27、其中，表示待测光栅样品表面当前区域内当前测量点位的衍射周期，表示衍射光的设定级次，表示波长，表示待测光栅样品表面当前区域内当前测量点位的入射角，表示待测光栅样品表面当前区域内当前测量点位的衍射角，表示转台的旋转角度。

28、进一步的，所述旋转所述待测光栅样品，使得设定级次的衍射光与当前入射光束重合，获取待测光栅样品表面当前区域内当前测量点位的衍射角与入射角，包括如下步骤：

29、转动所述基材治具的转台，使得所述待测光栅样品围绕z轴进行旋转；

30、采用角度感应箱体感应设定级次的衍射光与当前入射光束重合状态时的衍射角的模拟信号信息，将所述模拟信号信息发送给信号处理器；

31、所述信号处理器将所述模拟信号处理为数字信号信息，并将数字信号信息发送给计算机；

32、所述计算机接收所述数字信号信息，解析得到待测光栅样品表面当前区域内当前测量点位的衍射角，且得到待测光栅样品表面当前区域内当前测量点位的入射角。

33、进一步的，所述基于所述当前测量点位的衍射角与入射角，根据光栅方程，确定待测光栅表面当前区域内当前测量点位的衍射周期，包括：

34、当设定级次的衍射光与当前入射光束重合状态下，在计算机内基于光栅方程构建衍射周期如下计算模型：

35、

36、其中，表示待测光栅样品表面当前区域内当前测量点位的衍射周期，表示衍射光的设定级次，表示波长，表示待测光栅样品表面当前区域内当前测量点位的衍射角；

37、将所述待测光栅样品表面当前区域内当前测量点位的衍射角代入所述计算模型，即得到待测光栅表面当前区域内当前测量点位的衍射周期。

38、进一步的，在旋转所述待测光栅样品之前，还包括如下步骤：

39、调整所述基材治具的角位台以及转台对所述待测光栅样品进行姿态调节，使得当前入射光束的反射光与当前入射光束重合。

40、进一步的，在所述确定待测光栅样品表面当前区域的测量点位的衍射周期之后，还包括：

41、调整待测光栅样品的位置，将多个所述细光束作为入射光束依次打在待测光栅样品表面下一区域的测量点位，旋转所述待测光栅样品，确定待测光栅样品表面下一区域的测量点位的衍射周期。

42、对应的，本发明还提供一种光栅表面衍射周期均一性的快速测量系统，包括基材治具、激光器、第一光束转换部件以及第二光束转换部件；

43、所述基材治具置于设定位置，用于放置待测光栅样品；

44、所述激光器发射单个细光束；

45、所述第一光束转换部件接收所述单个细光束，将单个细光束变为多个细光束；

46、所述第二光束转换部件依次接收多个所述细光束，将多个所述细光束作为入射光束依次打在待测光栅样品表面当前区域的测量点位；

47、转动所述基材治具使得所述待测光栅样品旋转，确定待测光栅样品表面当前区域的测量点位的衍射周期。

48、进一步的，所述第一光束转换部件包括扩束镜和第一透光板；

49、所述激光器发射的单个细光束入射所述扩束镜，所述扩束镜将单个细光束变为单个宽光束；

50、单个所述宽光束入射所述第一透光板，单个所述宽光束经所述第一透光板后变为多个所述细光束。

51、进一步的，所述第一透光板上设置多个第一透光孔；

52、单个宽光束分别入射多个所述第一透光孔，得到与第一透光孔数目对应的多个细光束。

53、进一步的，所述第二光束转换部件采用第二透光板，所述第二透光板上设置一个第二透光孔；

54、驱动所述第二透光板转动，使得第二透光板上的第二透光孔进行转动；

55、控制所述第二透光板的转速，使得多个所述细光束依次经过所述第二透光孔后作为入射光束打在待测光栅样品表面当前区域内的测量点位。

56、进一步的，还包括动力组件以及控制器，所述动力组件包括驱动电机和从动轴；

57、所述控制器与所述驱动电机电连接，所述驱动电机与所述从动轴连接，所述从动轴与所述第二透光板连接；

58、所述驱动电机通过从动轴驱动所述第二透光板转动；

59、所述控制器通过控制驱动电机的转速控制第二透光板的转速。

60、进一步的，所述基材治具包括转台；

61、转动基材治具的转台旋转所述待测光栅样品，使得设定级次的衍射光与当前入射光束重合，获取待测光栅样品表面当前区域内当前测量点位的衍射角与入射角；

62、基于所述当前测量点位的衍射角与入射角，根据光栅方程，确定待测光栅表面当前区域内当前测量点位的衍射周期。

63、进一步的，所述基材治具还包括角位台；

64、在所述转动基材治具的转台旋转所述待测光栅样品之前，调整所述基材治具的角位台以及转台对所述待测光栅样品进行姿态调节，使得入射光束的反射光与入射光束重合。

65、进一步的，所述基材治具还包括横向滑轨和纵向滑轨；

66、在所述确定待测光栅样品表面当前区域的测量点位的衍射周期之后，

67、通过调整横向滑轨以及纵向滑轨移动所述待测光栅样品的位置，将多个所述细光束作为入射光束依次打在待测光栅样品表面下一区域的测量点位，转动基材治具的转台旋转所述待测光栅样品，确定待测光栅样品表面下一区域的测量点位的衍射周期。

68、进一步的，还包括角度感应箱体、信号处理器以及计算机；

69、所述角度感应箱体内放置所述第二透光板以及设置待测光栅样品的基材治具；

70、所述角度感应箱体靠近第二透光板一侧开设一个第三透光孔；多个所述细光束依次经过所述第三透光孔后入射所述第二透光孔作为入射光束打在待测光栅样品表面当前区域内的测量点位；

71、转动所述基材治具的转台，使得所述待测光栅样品围绕z轴进行旋转；

72、采用角度感应箱体感应设定级次的衍射光与当前入射光束重合状态时的衍射角的模拟信号信息，将所述模拟信号信息发送给信号处理器；

73、所述信号处理器将所述模拟信号处理为数字信号信息，并将数字信号信息发送给计算机；

74、所述计算机接收所述数字信号信息，解析得到待测光栅样品表面当前区域内当前测量点位的衍射角，且得到待测光栅样品表面当前区域内当前测量点位的入射角。

75、进一步的，当设定级次的衍射光与当前入射光束重合状态下，在计算机内基于光栅方程构建衍射周期如下计算模型：

76、

77、其中，表示待测光栅样品表面当前区域内当前测量点位的衍射周期，表示衍射光的设定级次，表示波长，表示待测光栅样品表面当前区域内当前测量点位的衍射角；

78、将所述待测光栅样品表面当前区域内当前测量点位的衍射角代入上述计算模型，即得到待测光栅表面当前区域内当前测量点位的衍射周期。

79、和现有技术比，本发明的技术方案具有如下有益效果：

80、本发明提供一种光栅表面衍射周期均一性的快速测量方法，将待测光栅样品置于基材治具上，把激光器发射的单个细光束变为多个细光束，将多个所述细光束作为入射光束依次打在待测光栅样品表面当前区域的测量点位，旋转所述待测光栅样品，确定待测光栅样品表面当前区域的测量点位的衍射周期。在每次移动待测光栅样品后，可以实现光栅表面部分区域内测量点位的衍射周期的测量，满足快速实现对同等条件下光栅表面区域周期进行均一性测试的需求。