[发明专利]大口径光学元件透射率和反射率的测量装置和测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学测量，特别是一种大口径光学元件透射率和反射率的测量装置。

背景技术

在高能激光装置中，镀膜光学元件膜层的透过率和反射率及其均匀性，作为大口径光学元件镀膜的重要技术指标，直接影响到透过激光的光束质量及能量分布。而光学元件膜层的光、电、磁、机械等性能易受环境影响，进而影响到光学元件的透过率和反射率，最终导致透过激光的性能变差。为有助于光束质量的控制和提高激光参数测量的准确性，需要对光学元件的透过率和反射率及其均匀性做出科学的实时检测，为后续激光补偿系统提供科学依据。目前，美国国家点火装置(NIF)及其光学元件供应商已经发展了适用于高能激光的大口径光学元件的透射率和反射率的测量设备。但在国内市场上，现有光学元件透过率和反射率的检测仪器还很难满足高能激光装置的特殊需求。

目前在测量方法上，为了减少光源或光路引起的功率不稳定性的影响，国内外普遍采用双光路方法来测定光学元件的透过率和反射率，即先校准，不放入待测光学元件，测量参考光路和测量光路功率比值，得到校准系数；再放入待测光学元件，分别测量透射光和反射光与参考光功率的比值，除以各自的校准系数从而得到被测光学元件的透射率和反射率。

如图1，光源后加入斩波器03利用锁相放大技术来减少系统随机噪声，其光路结构如图1所示。01是固体激光器或者卤素灯加单色仪，输出激光波长为1064nm，与起偏器02构成光源，斩波器03由电机04驱动，给光源加上调制信号，光分光棱镜05将光束分为参考光束和测量光束，参考光路由光电探测器07探测，测量过程分为校准和测量两步：第一步不加入光学元件06，直接在分光棱镜05后加上光电探测器08或者09，输出的电压信号经A/D板010采集，由微型计算机011处理，可求出两个校准系数k_r(对应反射率)和k_t(对应透射率)；第二步，测量时，加入光学元件06，如图1。光学元件06放在一个可以旋转平移从而进行两位扫描和入射角度定位的支撑平台上，光束以一定的角度入射到光学元件06经反射和透射后到达光电探测器08和光电探测器09，经分光棱镜05分出的另一路参考光入射到探测器07上，光电测器07、08、09将探测到的激光信号处理放大后由数据采集卡010转换成数字信号，经微型计算机11处理计算出被测光学元件06每个扫描点的透射率和反射率。

但是目前这种测量装置的主要问题在于：

一、加入斩波器和锁相放大器减少随机噪声的却引入了影响较大的电子噪声，同时增加了操作的复杂程度；

二、装置扫描测量大口径光学元件的透射率和反射率及其均匀性时，耗时太长，检测效率不高，同时环境的湿度、温度等因素都可能随着时间发生变化，引起更多测量误差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的问题，提供一种大口径光学元件透射率和反射率的测量装置和测量方法，达到设备简、易测量、精度高、效率高的目的。

本发明的技术解决方案如下：

一种大口径光学元件的透射率和反射率的测量装置，特点在于其构成包括：

测量光源由1053nm固体激光器和起偏器构成，连续激光波长为1053nm，功率连续可调，最高可达650mw；

准直光源由532nm激光器和扩束系统构成，波长为532nm的可见光，在所述的固体激光器和起偏器之间的光路上设置第一分光棱镜，由所述的532nm激光器和扩束系统输出的激光经所述的第一分光棱镜耦合与所述的测量光源输出的激光共光路；

所述的测量光源或准直光源发出的激光经第二分光棱镜分成第一次反射光和第一次透射光，在第一次反射光方向依次由衰减片、第一干涉滤波片和第一光电探测器构成参考光的探测光路，所述的第一光电探测器的输出信号经前置放大后输入到数据采集卡；在第一次透射光方向设置被测光学元件和第三分光棱镜；

所述的待测光学元件置于两维电动扫描样品平台的支撑平台上并固定，所述的支撑平台由大行程二维滑动导轨和伺服电机组成，构成闭环自动控制扫描系统，实现单点扫描的精确定位；

所述的第一次透射光经所述的待测光学元件产生测量反射光和测量透射光，该测量透射光由第三分光棱镜分成第二次透射光和第二次反射光：第二次透射光经第二干涉滤波片和第二光电探测器探测后经数据采集卡采集进入计算机，在第二次反射光方向依次是第一成像透镜、第一科学级网络CCD，该第一科学级网络CCD的输出端经第一网线与所述的计算机相连，构成透射光预成像系统，兼有监测透射光斑在所述的第二光电探测器上位置变动，由计算机反馈控制第二光电探测器的位置；