本發(fā)明屬于微納結(jié)構(gòu)光電特性檢測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種金屬網(wǎng)柵高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

1、隨著信息技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信、醫(yī)學(xué)檢查和工業(yè)探傷等領(lǐng)域都離不開(kāi)電磁波的應(yīng)用。然而隨著電磁波應(yīng)用的強(qiáng)度不斷增大和應(yīng)用的波段不斷展寬，環(huán)境當(dāng)中存在的電磁污染日益嚴(yán)重，對(duì)于電磁屏蔽技術(shù)的研究的要求也在不斷提高。如今，電磁屏蔽材料的發(fā)展逐漸趨于成熟，基于不同材料和結(jié)構(gòu)的電磁屏蔽材料接連問(wèn)世。而金屬網(wǎng)柵作為一種透明導(dǎo)電薄膜，不但具備良好的電磁屏蔽能力，還能同時(shí)滿足高透光率的要求，被廣泛應(yīng)用于航空航天設(shè)備的飛行器光學(xué)窗。隨著對(duì)飛行器光學(xué)窗光電探測(cè)能力要求的不斷提升，為實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)更大范圍和更為精確地探測(cè)，研究人員對(duì)光學(xué)窗的光學(xué)透明性能還提出了高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度分布均勻性的要求。高級(jí)次衍射光作為影響成像質(zhì)量的雜散光之一，強(qiáng)度過(guò)高不僅會(huì)使得衍射效率降低，而且還有可能造成虛假成像的問(wèn)題。而高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度的大小則是衡量高級(jí)次衍射均勻性的重要指標(biāo)，研究金屬網(wǎng)柵高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度的測(cè)量方法能夠進(jìn)一步完善金屬網(wǎng)柵成像性能的評(píng)價(jià)體系。

2、目前在金屬網(wǎng)柵高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度測(cè)量方法這一研究領(lǐng)域中，尚未有專門針對(duì)該量值的測(cè)量方法被提出。金屬網(wǎng)柵高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度是高級(jí)次衍射光斑強(qiáng)度與零級(jí)次衍射光斑強(qiáng)度的比值，因此在使用光功率計(jì)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需要分次采集兩個(gè)衍射光斑的強(qiáng)度信號(hào)，這會(huì)在測(cè)量結(jié)果當(dāng)中引入光源功率隨時(shí)間產(chǎn)生波動(dòng)的影響。ccd相機(jī)的每個(gè)像素點(diǎn)能夠獨(dú)立記錄其感光面上的光強(qiáng)信息，因此可以同時(shí)采集多個(gè)衍射光斑信號(hào)。但隨著研究人員對(duì)金屬網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)研究的深入，金屬網(wǎng)柵的高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度不斷降低，部分具有優(yōu)異衍射性能的金屬網(wǎng)柵的最大高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度仿真預(yù)測(cè)值已經(jīng)低于0.01％，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了常規(guī)ccd相機(jī)的光強(qiáng)測(cè)量范圍。

3、不難發(fā)現(xiàn)，如果利用常規(guī)的光強(qiáng)傳感器對(duì)高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行直接測(cè)量，難以滿足對(duì)金屬網(wǎng)柵高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度的測(cè)量需求，尤其是在各類隨機(jī)網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)不斷被提出的情況下，高級(jí)次衍射的相對(duì)強(qiáng)度還有望進(jìn)一步降低。因此，針對(duì)目前存在的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，可以考慮采用間接測(cè)量的方式，從而有效地提高對(duì)金屬網(wǎng)柵高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度的測(cè)量能力：

4、1.專利202222771857.6“抗電磁干擾、高精細(xì)的光強(qiáng)檢測(cè)裝置”描述了一種抗電磁干擾、高精細(xì)的光強(qiáng)檢測(cè)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)弱光源的識(shí)別、對(duì)強(qiáng)光源飽和抑制的自適應(yīng)調(diào)節(jié)線性工作的測(cè)量值高精細(xì)光強(qiáng)測(cè)量，但不能實(shí)現(xiàn)對(duì)多光斑的同時(shí)測(cè)量；

5、2.專利202121528372.3“一種低光學(xué)噪聲光電測(cè)量裝置”描述了一種低光學(xué)噪聲光電測(cè)量裝置，通過(guò)對(duì)探測(cè)器殼體的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了提高光強(qiáng)測(cè)量精度的效果，但該裝置在單次測(cè)量當(dāng)中只能得到感光面上的光強(qiáng)信號(hào)之和；

6、3.專利202020064538.x“一種基于光電二極管的高精度光強(qiáng)傳感器”描述了一種基于光電二極管的高精度光強(qiáng)傳感器，該傳感器具有電路簡(jiǎn)單、成本較低的優(yōu)點(diǎn)；

7、4.專利201820429618.3“一種光強(qiáng)測(cè)量裝置”，描述了一種光強(qiáng)測(cè)量裝置，通過(guò)將光功率計(jì)探頭固定于開(kāi)環(huán)內(nèi)來(lái)測(cè)量光束的光強(qiáng)，解決了光強(qiáng)測(cè)量中光功率計(jì)探頭無(wú)法固定導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確的問(wèn)題；

8、5.專利201620444647.8“一種測(cè)量夫瑯和費(fèi)單縫衍射光強(qiáng)分布的實(shí)驗(yàn)裝置”描述了一種測(cè)量夫瑯和費(fèi)單縫衍射光強(qiáng)分布的實(shí)驗(yàn)裝置，該實(shí)驗(yàn)裝置描述測(cè)量夫瑯禾費(fèi)衍射時(shí)實(shí)驗(yàn)裝置的搭建方法。

9、6.專利201520917323.7、201610007023.4，均對(duì)衍射光強(qiáng)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn)，利用了導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于不同位置衍射光強(qiáng)分布的測(cè)量。

10、綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)的主要缺陷在于：

11、1.缺乏針對(duì)金屬網(wǎng)柵高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度特點(diǎn)的測(cè)量方法：由于金屬網(wǎng)柵高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度是高級(jí)次衍射絕對(duì)強(qiáng)度和零級(jí)次衍射絕對(duì)強(qiáng)度的比值，因此光強(qiáng)測(cè)量裝置在測(cè)量過(guò)程中需要同時(shí)采集兩個(gè)相互獨(dú)立的光強(qiáng)信號(hào)值。總結(jié)已有的光強(qiáng)測(cè)量裝置特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)目前的光強(qiáng)測(cè)量裝置大多專注于單個(gè)光強(qiáng)信號(hào)的高精度測(cè)量，缺乏針對(duì)金屬網(wǎng)柵高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度特點(diǎn)的測(cè)量方法。

12、2.光強(qiáng)測(cè)量范圍有限：目前，部分衍射性能優(yōu)異的金屬網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)的最大高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度已經(jīng)降低至1×10-4以下，這代表著光強(qiáng)測(cè)量裝置的可測(cè)最小光強(qiáng)與可測(cè)最大光強(qiáng)比值需要低于萬(wàn)分之一，且實(shí)際傳感器中不可避免存在噪聲，這種光強(qiáng)噪聲使得相對(duì)光強(qiáng)測(cè)量范圍進(jìn)一步縮小。而現(xiàn)有技術(shù)中，大部分光強(qiáng)測(cè)量裝置難以同時(shí)兼顧大光強(qiáng)測(cè)量范圍和低測(cè)量噪聲的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于填補(bǔ)目前在金屬網(wǎng)柵高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度測(cè)量方法的空白，特別是針對(duì)部分相對(duì)強(qiáng)度極低的金屬網(wǎng)柵高級(jí)次衍射，提出一種金屬網(wǎng)柵高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度測(cè)量方法原理，通過(guò)引入標(biāo)準(zhǔn)金屬網(wǎng)柵構(gòu)建測(cè)量傳遞鏈，基于雙網(wǎng)柵衍射圖像光強(qiáng)測(cè)量實(shí)現(xiàn)衍射參考量的逐級(jí)傳遞，有效地提升了對(duì)金屬網(wǎng)柵高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度的測(cè)量能力，為金屬網(wǎng)柵衍射特性的測(cè)試提供了可靠的實(shí)驗(yàn)手段。

2、本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種金屬網(wǎng)柵高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度測(cè)量方法，該方法包括如下步驟：

3、ⅰ、選擇用于采集金屬網(wǎng)柵衍射光強(qiáng)二維分布的光強(qiáng)傳感器，要求光強(qiáng)傳感器的各像素點(diǎn)能夠獨(dú)立采集光強(qiáng)信號(hào)，形成具有強(qiáng)度信息的衍射圖像，對(duì)光強(qiáng)傳感器的噪聲參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，計(jì)算光強(qiáng)傳感器信噪比；

4、ⅱ、將光強(qiáng)傳感器信噪比為x時(shí)的采集信號(hào)光強(qiáng)值記為測(cè)量范圍下限值imin，光強(qiáng)傳感器的滿量程值記為測(cè)量范圍上限值imax，測(cè)量范圍的下限值和上限值之比imin/imax記為ro；

5、ⅲ、引入n個(gè)標(biāo)準(zhǔn)金屬網(wǎng)柵，選取標(biāo)準(zhǔn)金屬網(wǎng)柵mi(其中i＝1,2,……,n，下同)的高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度ri(mi,ni)作為標(biāo)準(zhǔn)金屬網(wǎng)柵衍射參考量xref(i)，其中ri(mi,ni)為標(biāo)準(zhǔn)金屬網(wǎng)柵mi中作為衍射參考量的高級(jí)次衍射光強(qiáng)ii(mi,ni)和零級(jí)次衍射光強(qiáng)ii(0,0)的比值ii(mi,ni)/ii(0,0)，標(biāo)準(zhǔn)金屬網(wǎng)柵衍射參考量需滿足如下關(guān)系：xref(1)>ro、xref(i+1)/xref(i)>ro；

6、ⅳ、利用光強(qiáng)傳感器搭建衍射圖像采集裝置，首先采集標(biāo)準(zhǔn)金屬網(wǎng)柵m1的衍射圖像，在衍射圖像當(dāng)中，分別讀取零級(jí)次衍射光強(qiáng)i1(0,0)和作為衍射參考量的高級(jí)次衍射光強(qiáng)i1(m1,n1)，計(jì)算得到衍射參考量xref(1)＝r1(m1,n1)＝i1(m1,n1)/i1(0,0)；

7、ⅴ、將標(biāo)準(zhǔn)金屬網(wǎng)柵m1和標(biāo)準(zhǔn)金屬網(wǎng)柵m2平行放置于光路當(dāng)中，固定標(biāo)準(zhǔn)金屬網(wǎng)柵m1，以光軸為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)金屬網(wǎng)柵m2，使得m1的(m1,n1)級(jí)高級(jí)次衍射斑和m2的(m2,n2)級(jí)高級(jí)次衍射斑與其他衍射斑充分分離，并采集衍射圖像。從圖像中讀?、ぶ杏?jì)算標(biāo)準(zhǔn)金屬網(wǎng)柵衍射參考量xref(1)所用(m1,n1)級(jí)高級(jí)次衍射斑的衍射光強(qiáng)i固定(m1,n1)，并讀取標(biāo)準(zhǔn)金屬網(wǎng)柵m2的(m2,n2)級(jí)高級(jí)次衍射光強(qiáng)i旋轉(zhuǎn)(m2,n2)，計(jì)算得到衍射參考量比值xref(2)/xref(1)＝i旋轉(zhuǎn)(m2,n2)/i固定(m1,n1)，以此類推，將標(biāo)準(zhǔn)金屬網(wǎng)柵mi和標(biāo)準(zhǔn)金屬網(wǎng)柵mi+1平行放置于光路并進(jìn)行適當(dāng)?shù)南鄬?duì)旋轉(zhuǎn)，采集衍射圖像讀取對(duì)應(yīng)高級(jí)次衍射光強(qiáng)，經(jīng)計(jì)算后得到衍射參考量比值xref(i+1)/xref(i)＝i旋轉(zhuǎn)(mi+1,ni+1)/i固定(mi,ni)；

8、ⅵ、將標(biāo)準(zhǔn)金屬網(wǎng)柵mn和待測(cè)金屬網(wǎng)柵mp平行放置于光路當(dāng)中，固定標(biāo)準(zhǔn)金屬網(wǎng)柵mn，以光軸為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)待測(cè)金屬網(wǎng)柵mp，使得mn的(mn,nn)級(jí)高級(jí)次衍射斑的與mp的(mp,np)級(jí)高級(jí)次衍射斑與其他衍射斑充分分離，并采集衍射圖像。從圖像中讀取計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)金屬網(wǎng)柵mn衍射參考量xref(n)所用(mn,nn)級(jí)高級(jí)次衍射斑的衍射光強(qiáng)i固定(mn,nn)，并讀取待測(cè)金屬網(wǎng)柵mp的(mp,np)級(jí)高級(jí)次衍射的衍射光強(qiáng)i旋轉(zhuǎn)(mp,np)，計(jì)算得到比值rp/xref(n)＝i旋轉(zhuǎn)(mp,np)/i原位(mn,nn)，其中，rp為待測(cè)金屬網(wǎng)柵mp的(mp,np)級(jí)高級(jí)次衍射的相對(duì)強(qiáng)度；

9、ⅶ、將衍射參考量xref(1)、衍射參考量比值xref(i+1)/xref(i)、待測(cè)金屬網(wǎng)柵mp高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)金屬網(wǎng)柵mn衍射參考量之比rp/xref(n)相乘，求得待測(cè)金屬網(wǎng)柵mp的(mp,np)級(jí)高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度rp。

10、優(yōu)選的，在上述的一種金屬網(wǎng)柵高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度測(cè)量方法，所述步驟ⅰ中，基于光強(qiáng)傳感器實(shí)際輸出圖像，進(jìn)行噪聲參數(shù)標(biāo)定。

11、優(yōu)選的，在上述的一種金屬網(wǎng)柵高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度測(cè)量方法，所述步驟ⅱ中，傳感器光強(qiáng)測(cè)量范圍下限值imin的信噪比的值x大于等于30db。

12、優(yōu)選的，在上述的一種金屬網(wǎng)柵高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度測(cè)量方法，所述步驟ⅲ中，標(biāo)準(zhǔn)金屬網(wǎng)柵衍射參考量的取值應(yīng)當(dāng)使得衍射參考量xref(1)和衍射參考量比值xref(i+1)/xref(i)在大于等于ro的前提下盡量趨近ro。

13、優(yōu)選的，在上述的一種金屬網(wǎng)柵高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度測(cè)量方法，所述步驟ⅲ中，所述標(biāo)準(zhǔn)金屬網(wǎng)柵的網(wǎng)格單元周期和線寬尺寸穩(wěn)定，尺寸波動(dòng)低于自身平均值的3％。

14、優(yōu)選的，在上述的一種金屬網(wǎng)柵高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度測(cè)量方法，所述步驟ⅳ中，衍射圖像采集裝置的入射光垂直入射至金屬網(wǎng)柵表面，且使光強(qiáng)傳感器接收到金屬網(wǎng)柵清晰的遠(yuǎn)場(chǎng)衍射圖像。

15、優(yōu)選的，在上述的一種金屬網(wǎng)柵高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度測(cè)量方法，所述步驟ⅴ-ⅵ中，當(dāng)固定其中一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)金屬網(wǎng)柵，將另一標(biāo)準(zhǔn)金屬網(wǎng)柵旋轉(zhuǎn)至特定角度，對(duì)旋轉(zhuǎn)網(wǎng)柵的旋轉(zhuǎn)角度在該特定角度上進(jìn)行輕微改變而高級(jí)次衍射斑強(qiáng)度不發(fā)生變化時(shí)，說(shuō)明該高級(jí)次衍射斑與其他衍射斑充分分離。

16、本發(fā)明的創(chuàng)新性和良好效果是：

17、1.本發(fā)明的一種金屬網(wǎng)柵高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度測(cè)量方法，通過(guò)引入標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)柵衍射參考量，構(gòu)建衍射測(cè)量傳遞鏈條，實(shí)現(xiàn)了從具有較高量值的衍射相對(duì)強(qiáng)度到具有極低量值的衍射相對(duì)強(qiáng)度的傳遞，突破了傳統(tǒng)光強(qiáng)傳感器測(cè)量能力的限制，能夠?qū)O低相對(duì)強(qiáng)度的金屬網(wǎng)柵高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)有效的測(cè)量。

18、2.充分利用雙網(wǎng)柵衍射圖像的特點(diǎn)，提出當(dāng)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)金屬網(wǎng)柵之間相互平行，且將其中一個(gè)網(wǎng)柵進(jìn)行適當(dāng)?shù)匦D(zhuǎn)使得高級(jí)次衍射能量之間充分分離時(shí)，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)柵之間衍射相對(duì)強(qiáng)度量值比較的方法；

19、3.提出了測(cè)量傳遞鏈中衍射參考量的設(shè)計(jì)方法，即遵循相鄰級(jí)別衍射參考量比值不低于光強(qiáng)傳感器可測(cè)最小相對(duì)強(qiáng)度，并且依據(jù)最短測(cè)量鏈原則必須趨近相機(jī)可測(cè)最小相對(duì)強(qiáng)度，保證了最終金屬網(wǎng)柵高級(jí)次衍射相對(duì)強(qiáng)度測(cè)量結(jié)果具有良好的測(cè)量精度；

20、鑒于本發(fā)明的上述創(chuàng)新性和取得的良好效果，在先進(jìn)光學(xué)儀器成像窗口的微納結(jié)構(gòu)光電特性檢測(cè)中有很大的應(yīng)用價(jià)值。