一种测量大口径平面光学元件表面平均高反射率的方法与流程

1.本发明涉及光腔衰荡技术领域，具体涉及一种测量大口径平面光学元件表面平均高反射率的方法，可一次性获取大口径光学元件在特定口径内的平均反射率结果。


背景技术：

2.近年来，高反射率元件(r》99.9％)在引力波探测、激光陀螺、高精度吸收光谱检测和大型激光系统中取得了越来越广泛的应用，同时，高反射元件的反射率也越来越高。国内外现有报道的最高反射率光学元件已达99.99984％(g.rempe,r.j.thompson,h.j.kimble.measurement ofultralow losses in an optical interferometer.opt.lett.,1992,17(5):363-365.)。随着高反射率元件的广泛应用和高反射膜系镀制工艺的发展进步，精确测量高反射率变得尤为重要。国内外研究现状表明，光腔衰荡(cavity ring-down，crd)技术是目前唯一能精确测量高反射率的方法(李斌成,龚元.光腔衰荡高反射率测量技术综述.激光与光电子学进展,2010,47:021203-1.)。中国专利申请号200610165082.0的发明专利“高反射率的测量方法”、中国专利申请号200710098755.x的发明专利“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的发明专利“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201010593093.5的发明专利“双波长高反射率测量方法”均使用光腔衰荡技术实现了多种应用场景下的高反镜反射率测量。
3.然而目前针对大口径平面光学元件的表面高反射率测量，仍然采用多点扫描测量的实施方式(中国专利申请号201210172475x发明专利“大口径反射光学元件高反射率扫描测量多波长集成方法”)，该种方式存在测量低效的不足。本发明针对这一问题，提出平行平面腔结合平行光束的光腔衰荡测量方法，可实现一定口径内高反射率平均值的一次性提取。相比于传统点测量的方式，本发明涉及方法可提升测量口径，缩短测量时间，并减少点测量选取位置随机性引起的误差，获得更接近膜系工作状态的测量结果。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：目前针对大口径平面光学元件表面膜系高反射率的测量，仍然采用多点扫描的传统光腔衰荡测量方式，该种方式测量效率不高，而且需要大量抽样才能反映大口径平面光学元件在实际工作过程中的真实状态。
5.本发明要解决其技术问题所采用的技术方案是：一种测量大口径平面光学元件表面平均高反射率的方法，具体实现步骤如下：
6.步骤(1)、搭建平行平面型初始衰荡腔，向腔内注入单色平行光束，利用可变光阑选择合适的光束口径。单色平行光束可以为脉冲光束或连续光束。如果采用连续光束，需要在光源和衰荡腔之间加入光开关模块。光束注入后精密调节衰荡腔，测量腔长l0，利用探测器采集初始衰荡腔的光腔衰荡信号，提取光腔衰荡时间常数t0；
7.初始衰荡腔可以为两块平面高反射镜构成的直型衰荡腔，也可以为两块以上平面
高反射镜构成的折叠型衰荡腔；可变光阑可以采用任意形状，如圆形、方形等。可变光阑通光区域外接圆直径小于腔镜口径。
8.如果注入的单色平行光束为脉冲光束，则在脉冲下降沿处采集光腔衰荡信号；如果注入的单色平行光束为连续光束，则在光开关将光束关断时刻开始采集光腔衰荡信号。
9.光腔衰荡时间常数提取方法可以采用光腔衰荡技术中任意一种光腔衰荡时间常数提取方法，例如非线性最小二乘拟合算法、加权线性最小二乘拟合算法等。
10.步骤(2)、在初始衰荡腔中根据待测光学元件入射角度要求加入待测光学元件，构成测试衰荡腔，向腔内注入经可变光阑调制的单色平行光束。精密调节衰荡腔，测量腔长l1，利用探测器采集测试衰荡腔的光腔衰荡信号，提取光腔衰荡时间常数t1；
11.步骤(2)中应保持可变光阑形状、位置等参数应与步骤(1)完全相同。
12.步骤(3)、由以上测量参数，根据公式r
x
＝exp[(l0t
1-l1t0)/(t1t0c)]计算待测光学元件高反射率数值，公式中c为真空中光速，c＝3
·
108m/s。
[0013]
本发明的原理是：平行光束为平行平面腔的本征光束，理论上单色平行光束可在平行平面腔内自再现运行。本发明基于这一原理提出平行平面腔结合单色平行光束的光腔衰荡高反射率测量技术。
[0014]
本发明与现有技术相比具有如下优点：本发明可实现一定口径内高反射率平均值的一次性提取。相比于传统点测量的方式，本发明涉及方法可提升测量口径，缩短测量时间，极大提高平均反射率的测量效率，并减少点测量选取位置随机性引起的误差，获得更接近膜系工作状态的测量结果。
附图说明
[0015]
图1为本发明涉及的三腔镜折叠初始腔结构示意图；
[0016]
图2为本发明涉及的三腔镜初始腔对应的测试腔结构示意图；
[0017]
图3为本发明涉及的两腔镜直腔结构示意图；
[0018]
图4为本发明涉及的两腔镜直腔初始腔对应的测试腔结构示意图。
具体实施方式
[0019]
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
[0020]
如图1所示，本发明的一种测量大口径光学元件表面平均高反射率的方法的具体实施方法如下：
[0021]
步骤(1)搭建平行平面型初始衰荡腔，向腔内注入单色平行光束，利用可变光阑选择合适的光束口径。单色平行光束可以为脉冲光束或连续光束。如果采用连续光束，需要在光源和衰荡腔之间加入光开关模块。光束注入后精密调节衰荡腔，测量腔长l0，利用探测器采集初始衰荡腔的光腔衰荡信号，提取光腔衰荡时间常数t0；
[0022]
本实施例中，初始衰荡腔为m1、m2、m3构成的三腔镜折叠腔，如图1所示，腔镜口径为可变光阑形状为圆形，通光口径实施例所用单色平行光束为连续光束，利用函数发生卡产生100hz方波对平行光源进行调制。在方波下降沿采集光腔衰荡信号，利用非线性最小二乘拟合算法提取光腔衰荡时间常数。
[0023]
步骤(2)、在初始衰荡腔中根据待测光学元件入射角度要求加入待测光学元件m
x
，
构成测试衰荡腔，如图2所示，向腔内注入经可变光阑调制的单色平行光束。精密调节衰荡腔，测量腔长l1，利用探测器采集测试衰荡腔的光腔衰荡信号，提取光腔衰荡时间常数t1；
[0024]
本实施例中，可变光阑位置及口径在测量全过程均保持不变。
[0025]
步骤(3)、由以上测量参数，根据公式r
x
＝exp[(l0t
1-l1t0)/(t1t0c)]计算待测光学元件高反射率数值，公式中c为真空中光速，c＝3
·
108m/s。
[0026]
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。