[发明专利]一种基于脉冲激光光源的反射率/透过率综合测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于测量反射光学元件反射率和透射光学元件透过率的技术领域，特别涉及一种基于脉冲激光光源的测量任意反射率光学元件和大口径光学元件反射率和透过率的方法。

背景技术

分光光度法是测量光学元件透反射最常用的方法。从原理上讲，只要测出反射光能流E_r和入射光能留E₁,反射率即为E_r/E₁。在实际测量中，激光光源输出功率的波动是影响测量结果的重要因素。对一些反射率达到99.9%以上的高反射率光学元件，在光路中不加待测光学元件和加入待测光学元件时光强非常接近，这时光源输出功率的微小波动都将对结果造成较大的影响，反射率越高对测量精度影响越大，因此基于分光光度法的反射率测量装置不能满足高反射率尤其是反射率大于99.9%的高反射率光学元件高精度测量的要求，这种传统的测量方法适用于反射率在0～99.9%之间的光学元件的反射率测量，常规商品仪器的测量精度一般为0.3%左右。

而对应反射率大于99.9%的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的发明专利“一种反镜高反射率的测量方法”，采用脉冲光腔衰荡技术实现高反射率的测量。中国专利申请号200610011254.9的发明专利“一种高反镜反射率的测量方法”、中国专利申请号200610165082.0的发明专利“高反镜反射率的测量方法”、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200810055635.4的发明专利“一种用于测量高反射率的装置”以及中国专利申请号201010608932.6的发明专利“一种反射率综合测量方法”均使用连续光腔衰荡技术测量高反射率，中国专利申请号201010295724.5的发明专利“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光学增透元件的透射损耗。光腔衰荡技术解决了高反射率光学元件测量的问题，其反射率测量范围为99%～99.9999%甚至更高。当待测光学元件反射率大于99.99%时，测量精度优于1ppm。

上述分光光度装置不能对反射率高于99.9%的光学元件反射率实现精确测量，而基于光腔衰荡技术的高反射率测量装置由于其测量精度正比于待测光学元件的反射率，因此无法精确测量反射率低于98%的光学元件的反射率。目前，可以基于脉冲激光光源的实现任意反射率精确测量的装置还未见报道。因此发展一种可测量任意反射率（0～99.9999%或更高），并可以满足大口径光学元件反射率二维扫描成像的基于脉冲激光光源的反射率综合测量装置十分必要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有反射率测量方法的不足，提出了一种基于脉冲激光光源的可以测量光学元件任意反射率的综合测量方法，同时实现了常规光学元件和高反射光学元件反射率的测量，与连续光源综合测量方法相比装置结构更加简单容易操作，还可以满足大口径光学元件反射率的二维扫描成像测量，并具有测量精度高等优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：将分光光度技术和脉冲光腔衰荡技术相结合实现光学元件反射率测量，其实现步骤如下：

步骤（1）、将一束脉冲激光分束成参考光束和探测光束，参考光束经可变衰减器调节光强后由聚焦透镜聚焦到第一个光电探测器探测得到参考信号，探测光束注入初始光学谐振腔，所述初始光学谐振腔由两块相同的平凹高反射镜构成直型腔，腔长为L₀,探测光束从第一块平凹高反射镜注入谐振腔，由第二块平凹高反射镜即平凹高反射输出腔镜输出，输出的光腔衰荡信号由第二个光电探测器测量；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学谐振腔衰荡时间τ₀；移走第二块平凹高反射镜，同时记录第二个和第一个光电探测器在相同时刻所测光强信号比值P₁=I₁/I₀，I₀为第一个光电探测器探测得到的参考光束光强信号，I₁为第二个光电探测器探测得到的探测光束光强信号；