[发明专利]一种光学元件透射损耗测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量光学元件透射损耗的方法，特别涉及一种小口径光学元件透射损耗测量的方法。

背景技术

随着镀膜技术的不断发展，增透膜的透射率不断提高。在复杂的光学系统中，经常要使用数十甚至上百个镀有增透膜的高透射率光学元件，光学元件所镀增透膜的质量对整个系统性能起至关重要的作用，因此对高透过率光学元件表面增透膜的剩余反射率及透射光学元件的吸收损耗的测试是十分重要的。近年来微小型光学系统也在不断发展，光学元件的小型化程度逐渐提高，小尺寸光学元件的使用逐渐增多，对光学元件测试装置提出了新的要求。

传统的分光光度法、消光系数法等测试方法无法满足测量低吸收损耗的要求。而光热偏转光谱技术(杨富等，“10.6μm激光辐照小光学薄膜的弱吸收测量”，强激光与离子束，第16卷，277(2004))以及在此基础上改进的表面热透镜技术(胡海洋等，“表面热透镜技术探测光学薄膜的微弱吸收”，光学学报，第21卷，150(2001))也是测量光学元件吸收损耗的有效方法。光热偏转技术是基于物质吸收光能而产生的热效应的测量技术，激光束聚焦到待测样品表面，样品表面因受热发生形变使反射的探测光发生偏转，通过测量探测光的偏转量即可获得样品的吸收值。由于探测光束直径小，光路调节困难，而信号重复性对光路调节非常敏感，在实际测量中易出现较大的偏差，导致测量重复性差、测量误差大。表面热透镜技术是在光热偏转技术的基础上使探测光束直径大于激励光束直径，样品表面形变使反射的探测光的波前发生畸变，畸变的反射光的强度分布由CCD或针孔探测器扫描获得。光热偏转技术和热透镜技术都需要通过其他方法对其他吸收大的样品进行定标，从而增加了测量的复杂性和难度，而且直接或间接地引入了误差。另外，在这两种技术中，测量的信号都依赖于光学元件因热膨胀产生的表面形变或光学元件内部的折射率温度梯度，这对于测量低热膨胀系数基板材料或低折射率温度系数基板材料的光学元件是一种限制。

目前，激光量热法是测量光学元件吸收损耗的国际标准(ISO 11551：2003(E)“Testmethod for absorbance of optical laser components”)，其最大的优点是能直接测量吸收损耗的绝对值，不需要定标。但测量灵敏度与装置设计和制备中的诸多因素有关，并且对待测光学元件尺寸有一定的要求。

中国专利申请号200410084794.0的发明专利“一种用于光学材料微弱吸收测量的设备及方法”中提出了一种基于F-P干涉原理的光学材料微弱吸收测量方法，通过测量谐振腔内有无吸收材料时谐振腔的透过率变化来得到样品的吸收系数，该方法对光源输出功率的稳定性要求很高，对F-P腔长的控制也需要十分精确。

上述各种方法都对被测光学元件有一定的尺寸要求，很难实现对口径很小和厚度比较厚的光学元件的测量，因此发展一种可实现小口径光学元件透射损耗测量方法是十分重要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有光学元件透射损耗测量技术的不足，提出了一种基于光腔衰荡技术的光学元件透射损耗测量方法，可同时得到待测光学元件的吸收损耗系数和表面增透膜剩余反射率，可测量口径很小的光学元件，且具有测量灵敏度高，结构简单，成本低廉等优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：光学元件透射损耗测量方法。连续激光束入射到由高反射镜组成的稳定光学谐振腔，将两可变光阑相隔一定间距置于光学谐振腔中间位置附近且垂直于光轴，其通光孔径小于待测光学元件口径，两可变光阑间距离略大于待测光学元件厚度，激光束沿光轴进入谐振腔，随着激光的注入，腔内能量逐渐积累，当入射激光被快速关断后，光学谐振腔内光能量会由于损耗而逐渐减小，腔镜透射光功率随时间以单指数形式衰减，记录光学谐振腔衰荡信号拟合出衰荡时间τ₀；若待测光学元件横向尺寸远大于光学谐振腔内激光束的尺寸，光学谐振腔内不需要放入可变光阑或者将可变光阑通光孔径调成与待测光学元件相近或相等，光学谐振腔内高斯光束的束腰尺寸其中λ为入射光波长，L为光学谐振腔腔长，r为平凹高反射镜凹面的曲率半径，L满足稳定腔条件0＜L＜2r，其中L＝r为共焦腔。