一种基于光腔衰荡技术同时测量高反射/高透射光学元件的反射率和透过率的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于光腔衰荡技术同时测量高反射/高透射光学元件的反射率和透过率的方法，步骤为：采用光腔衰荡技术，先测量初始光腔的衰荡信号并拟合得到初始光腔的衰荡时间。然后加入待测高反射/高透射光学元件形成稳定测试光腔，分别测量从待测光学元件输出和输出腔镜输出的衰荡信号并拟合得到测试光腔的衰荡时间，经计算得到高反射光学元件的反射率或高透射光学元件的透过率；同时将待测光学元件输出的光腔衰荡信号幅值与输出腔镜输出的光腔衰荡信号幅值进行比值计算，通过定标得到高反射光学元件的透过率或高透射光学元件的反射率。该测量方法不仅可测量高反射/高透射光学元件的反射率和透过率，而且可对其反射率和透过率分布实现高分辨率二维成像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于测量高反射光学元件或高透射光学元件的反射率/透过率的
，特别涉及一种基于光腔衰荡技术同时测量高反射光学元件或高透射光学元件的单点反射率/透过率和其反射率/透过率二维分布的方法。
技术介绍
高反射光学元件和高透射光学元件广泛应用于高功率激光系统、引力波探测、激光陀螺等
中。随着镀膜技术的进步，高反射/高透射光学元件的反射率/透射率越来越高，精确测量高反射/高透射光学元件的反射率/透过率变得尤为重要。高反射光学元件反射率测量主要基于光腔衰荡技术(李斌成，龚元；光腔衰荡高反射率测量综述，《激光与光电子学进展》，2010,47:021203)。中国专利申请号98114152.8的专利技术专利“一种反镜高反射率的测量方法”、中国专利申请号200610011254.9的专利技术专利“一种高反镜反射率的测量方法”、中国专利申请号200610165082.0的专利技术专利“高反镜反射率的测量方法”、中国专利申请号200710098755.X的专利技术专利“基于半导体自混合效应的高反射率测量方法”、中国专利申请号200810102778.8的专利技术专利“基于频率选择性光反馈光腔衰荡技术的高反射率测量方法”、中国专利申请号200810055635.4的专利技术专利“一种用于测量高反射率的装置”均是使用光腔衰荡技术测量高高反射光学元件反射率。高透射光学元件透过率测量同样可以采用光腔衰荡技术。中国专利申请号201010295724.5的专利技术专利“一种光学元件的透射损耗测量方法”使用连续光腔衰荡技术测量高透射光学元件的透过率。光腔衰荡技术解决了高反射光学元件反射率测量和高透射光学元件透过率测量的技术问题。对高透射光学元件剩余反射率和高反射光学元件透过率的测量则仍然采用分光光度技术。中国专利申请号201210524943.5的专利技术专利“一种光学元件透过率的测量方法及装置”、中国专利申请号201310013193.X的专利技术专利“一种光刻机中照明系统各光学组件透过率的测量装置及测量方法”通过分光光度法将特定波长的激光光束进行分束，得到两束光分别通过参考光路和测试光路来测量光学元件的透过率。分光光度技术也可以来测量光学元件的反射率，但测量精度受光源强度波动的影响，典型反射率/透过率测量精度为±0.1-0.3％。对高反射/高透射光学元件的单点反射率和透过率采用不同装置分别测量既不能保证其测试的是同一元件位置，也不能保证光学元件处于同一状态，而且装置相对复杂，操作麻烦。目前未见能同时测量高反射/高透射光学元件的反射率和透过率的测量方法，因此发展一种可同时测量高反射/高透射光学元件的反射率和透过率，并可以满足其反射率/透过率二维扫描成像的测量装置十分必要。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：基于光腔衰荡技术，采用同一个激光光源，实现高反射/高透射光学元件的反射率和透过率的同时测量，同时满足光学元件反射率/透过率的二维扫描成像测量，并具有测量精度高等优点。其实现步骤如下：步骤(1)将一束激光光束注入到稳定的初始光腔，所述初始光腔由两块相同的平凹高反射镜构成直型腔或者由一块平面反射镜和两块相同的平凹高反射镜构成“V”型腔，腔长为L0,激光束从耦合镜注入光腔，由平凹高反射输出腔镜输出，输出的光腔衰荡信号由第一个光电探测器探测；将测得的光腔衰荡信号按单指数衰减函数拟合得到初始光腔的衰荡时间τ0；步骤(2)在初始光腔内根据使用角度加入待测光学元件，如果待测光学元件为高透射光学元件，不需要移动待测光学元件后的平凹高反射腔镜直接构成稳定的测试光腔；如果待测光学元件为高反射光学元件，相应地移动待测光学元件后的平凹高反射输出腔镜构成稳定的测试光腔；腔长为L1，从待测高反射光学元件透射的光信号或待测高透射光学元件反射的光信号由第二个光电探测器探测，待测光学元件可放置于二维位移平台上，同时记录第一、二个光电探测器在相同时刻的光腔衰荡信号并得到其幅值比值P1＝I1/I0，I0和I1分别为第一、二个光电探测器探测的光信号幅值，通过对第二与第一个光电探测器的放大倍数比值M和输出腔镜透过率T0标定得到待测高反射光学元件的透过率T＝P1T0/M或待测高透射光学元件的反射率R＝P1T0/M；同时，将第一或第二个探测器测得的光腔衰荡信号按单指数衰减函数拟合得到测试光腔的衰荡时间τ1，经计算得到待测高反射光学元件的反射率R＝(L0/cτ0-L1/cτ1)或待测高透射光学元件的透过率其中c为光速，ns为待测光学元件折射率，d为待测光学元件厚度。其中，所述的激光光源可以为脉冲激光或连续激光。连续激光采用半导体激光器或二极管泵浦的固体激光器或者气体激光器产生。其中，所述的激光输出光束为TEM00模光束。其中，所述组成初始光腔和测试光腔的两块平凹高反射镜和一块平面反射镜的反射率均大于99％。其中，所述初始光腔和测试光腔均为稳定腔，初始光腔腔长L0和测试光腔长L1满足0<L0<2r，0<L1<2r，其中r为平凹高反射镜凹面的曲率半径。其中，所述的光腔衰荡信号由以下任一方式实现a.光源采用脉冲激光，直接获得光腔衰荡信号；b.光源采用连续半导体激光器，当光腔输出信号高于触发开关电路设定的阈值时，快速关闭半导体激光器的激励电压或电流，获得光腔衰荡信号；c.光源采用连续半导体激光器或二极管泵浦的固体激光器或者气体激光器，当光腔输出信号高于设定的阈值时，在激光器和输入腔镜之间采用快速光开关关闭激光束，获得光腔衰荡信号；d.采用方波调制激光驱动电源，或者采用斩波器、声光或电光调制器调制激光束，当光腔输出信号高于设定的阈值时，采用方波下降沿快速关闭激光束，获得光腔衰荡信号。其中，所述步骤(2)中探测器放大倍数比值M通过采用此两个探测器探测同一光信号获得。其中，所述步骤(2)中输出腔镜的透过率T0通过分光光度技术或其它测量技术标定。其中，通过二维平移台移动待测光学元件位置，实现光学元件反射率和透过率的二维测量；若待测光学元件仅需单点测量，则待测光学元件无需放置于二维平移台上。本专利技术与现有技术相比具有如下技术优点：本专利技术实现了一套装置同时测量高反射/高透射光学元件的反射率和透过率，降低了光学元件多参数测量的成本。本专利技术还能实现光学元件二维扫描成像测量，获得光学元件反射率/透过率的二维分布。附图说明图1为本专利技术初始光腔为折叠腔的高反射光学元件反射率和透过率测量的总体结构示意图；图2为本专利技术初始光腔为折叠腔的高透射光学元件透过率和反射率测量的总体结构示意图；图3为本专利技术模拟的图1中探测器9和7在相同时刻信号幅值的比值I1/I0与待测高反射光学元件透过率T关系曲线；图4为本专利技术初始光腔为直腔的高反射光学元件反射率和透过率测量的总体结构示意图；图5为本专利技术初始光腔为直腔的高透射光学元件透过率和反射率测量的总体结构示意图；图1和图2中：1为激光光源；2为平面反射腔镜；3和4为平凹反射腔镜；5为待测光学元件；6和8为聚焦透镜；7和9为光电探测器；10为二维位移平台；11为函数发生卡；12为数据采集卡；13为计算机；其中平凹反射腔镜3为输出腔镜，图中的粗线为光路，细线为连接线。图4和图5中：1为激光光源；2和3为平凹反射腔镜；4为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光腔衰荡技术同时测量高反射/高透射光学元件的反射率和透过率的方法，其实现步骤如下：步骤(1)、将一束激光光束注入到稳定的初始光腔，所述初始光腔由两块相同的平凹高反射镜构成直型腔或者由一块平面反射镜和两块相同的平凹高反射镜构成“V”型腔，腔长为L0,激光束从耦合镜注入光腔，由平凹高反射输出腔镜输出，输出的光腔衰荡信号由第一个光电探测器探测；将测得的光腔衰荡信号按单指数衰减函数拟合得到初始光腔的衰荡时间τ0；步骤(2)在初始光腔内根据使用角度加入待测光学元件，如果待测光学元件为高透射光学元件，不需要移动待测光学元件后的平凹高反射腔镜直接构成稳定的测试光腔；如果待测光学元件为高反射光学元件，相应地移动待测光学元件后的平凹高反射输出腔镜构成稳定的测试光腔；腔长为L1，从待测高反射光学元件透射的光信号或待测高透射光学元件反射的光信号由第二个光电探测器探测，待测光学元件可放置于二维位移平台上，同时记录第一、二个光电探测器在相同时刻的光腔衰荡信号并得到其幅值比值P1＝I1/I0，I0和I1分别为第一、二个光电探测器探测的光信号幅值，通过对第二与第一个光电探测器的放大倍数比值M和输出腔镜透过率T0标定得到待测高反射光学元件的透过率T＝P1T0/M或待测高透射光学元件的反射率R＝P1T0/M；同时，将第一或第二个探测器测得的光腔衰荡信号按单指数衰减函数拟合得到测试光腔的衰荡时间τ1，经计算得到待测高反射光学元件的反射率R＝(L0/cτ0‑L1/cτ1)或待测高透射光学元件的透过率其中c为光速，ns为待测光学元件折射率，d为待测光学元件厚度。...

【技术特征摘要】
1.一种基于光腔衰荡技术同时测量高反射/高透射光学元件的反射率和透过率的方法，其实现步骤如下：步骤(1)、将一束激光光束注入到稳定的初始光腔，所述初始光腔由两块相同的平凹高反射镜构成直型腔或者由一块平面反射镜和两块相同的平凹高反射镜构成“V”型腔，腔长为L0,激光束从耦合镜注入光腔，由平凹高反射输出腔镜输出，输出的光腔衰荡信号由第一个光电探测器探测；将测得的光腔衰荡信号按单指数衰减函数拟合得到初始光腔的衰荡时间τ0；步骤(2)在初始光腔内根据使用角度加入待测光学元件，如果待测光学元件为高透射光学元件，不需要移动待测光学元件后的平凹高反射腔镜直接构成稳定的测试光腔；如果待测光学元件为高反射光学元件，相应地移动待测光学元件后的平凹高反射输出腔镜构成稳定的测试光腔；腔长为L1，从待测高反射光学元件透射的光信号或待测高透射光学元件反射的光信号由第二个光电探测器探测，待测光学元件可放置于二维位移平台上，同时记录第一、二个光电探测器在相同时刻的光腔衰荡信号并得到其幅值比值P1＝I1/I0，I0和I1分别为第一、二个光电探测器探测的光信号幅值，通过对第二与第一个光电探测器的放大倍数比值M和输出腔镜透过率T0标定得到待测高反射光学元件的透过率T＝P1T0/M或待测高透射光学元件的反射率R＝P1T0/M；同时，将第一或第二个探测器测得的光腔衰荡信号按单指数衰减函数拟合得到测试光腔的衰荡时间τ1，经计算得到待测高反射光学元件的反射率R＝(L0/cτ0-L1/cτ1)或待测高透射光学元件的透过率其中c为光速，ns为待测光学元件折射率，d为待测光学元件厚度。2.根据权利要求1所述的一种基于光腔衰荡技术同时测量高反射/高透射光学元件的反射率和透过率的方法，其特征在于：所述的激光光源可以为脉冲激光或连续激光。连续激光采用半导体激光器或二极管泵浦的固体激光器或者气体激光器产生。3.根据权利要求1所述的一种基于光腔衰荡技术同时测量高反射/高透射光学元件的反射率和透过率的方法，其特征在于：所述的激光输出光束为TEM00模光束。4.根据权利要求1所述的一种基于光腔衰荡技术同时测量高...

【专利技术属性】
技术研发人员：李斌成，崔浩，王静，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51