[发明专利]一种用于检测光学元件弱吸收的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学元件吸收率的测量技术领域，特别是涉及一种用于检测光学元件弱吸收的装置及方法。

背景技术

高能激光器的发展要求有非常高质量的光学薄膜，而光学薄膜对光的弱吸收是限制高能激光器发展的主要因素之一，且影响光学薄膜的光学质量，更会造成激光在薄膜内的热沉积。特别是在高功率激光作用下，即使光学薄膜十分微弱的吸收，其也足以导致薄膜元件的灾难性破坏。研究发现，导致破坏的吸收一部分来自于薄膜的本征吸收，更大程度来源于光学薄膜中的杂质、缺陷引起的局部额外强吸收。因而，有必要对光学薄膜的平均吸收及局部吸收进行精确、快速、实时地检测，以为光学薄膜吸收损耗的降低、损伤阈值的提高以及高质量的制备提供重要的理论依据。

光学薄膜吸收率的测量技术主要有：光热辐射技术、激光量热技术、表面热透镜技术、光声光谱技术和光热偏转技术。其中，光热偏转技术是近年来发展起来的新型热波探测技术，并已广泛用于研究光学薄膜的吸收特性。光热偏转技术具有灵敏度高，实验装置相对简单，易于实现，可对高腐蚀性样品进行非接触检测，以及能区分体吸收和面吸收等许多优点，其已成为测量光学薄膜弱吸收及激光损伤机理研究的重要手段之一。然而，由于光热偏转技术的探测光束尺寸小于泵浦光束，其测量结果很大程度上依赖于探测光斑相对于泵浦光斑的位置，因此，这种方法尽管有较高的灵敏度，调节却比较困难，而且系统稳定性也相对较差，已经越来越不能满足测试手段实用化的要求。为此，在原有的光热探测技术基础上，人们又提出了一种新型的热波探测技术——表面热透镜技术，采用光斑尺寸大于泵浦光束的高斯型探测光进行测量，从而有效地提高了系统稳定性，降低了调整难度。由于表面热透镜技术保持了与光热偏转技术相同的检测灵敏度，因此，在实际科研工作中，日益受到青睐。

然而，目前使用最多的表面热透镜技术测试光学薄膜弱吸收的光学结构，包括：泵浦激光(Pump laser)，其作用是使薄膜加热发生热变形；功率调节器(Attenuater)，其作用是调节泵浦激光功率的大小；斩波器(Chopper)，其作用是调制泵浦激光的强度；第一聚焦镜，用于将激光汇聚到样品上；位移台(Stage)，主要是用来移动样品；第二聚焦镜，用于将探测激光(Probe laser)汇聚到泵浦激光作用到样品的位置；滤光片，作用是过滤杂散光，减小他们对实验结果的影响；光纤(fiber)，用于将带有薄膜形变信息的光信号传导到光探测器(Photo detector)上。由于表面热透镜检测技术中探测光强的变化量通常十分微小，经光电换能器所转换成的电信号更加微弱，有时几乎完全被淹没在噪声中。为把探测光信号从噪声中提取出来，必须采用相应的弱信号检测仪器。光热检测中，常用的模拟弱信号检测仪器为锁相分析仪和Boxcar积分器，其增大了系统结构的复杂性。并且，其虽然采用了连续输出的探测光，但是并不能消除探测光中的直流分量，系统表面热透镜的灵敏度较低，测量结果也较低。

发明内容

基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单、测试精度高的用于检测光学元件弱吸收的装置及方法。

其技术方案如下：一种用于检测光学元件弱吸收的装置，包括泵浦激光器、非线性晶体、二向色镜、反射结构、第一聚焦镜、第二聚焦镜、滤光元件、针孔及光电探测器；所述非线性晶体设置在所述泵浦激光器的激光发射端，用于将部分泵浦激光转成倍频激光；所述二向色镜与所述非线性晶体具有夹角，用于将所述倍频激光与泵浦激光分开；所述第一聚焦镜，设置在所述二向色镜与光学元件之间，用于将所述泵浦激光聚焦到光学元件的表面，且聚焦后的光斑尺寸小于200μm；所述反射结构，用于将所述二向色镜发射出的所述倍频激光反射到光学元件表面，且与所述泵浦激光射在所述光学元件的位置相应，并由光学元件将倍频激光反射到光电探测器；所述第二聚焦镜，设置在所述反射结构与所述光学元件之间，用于将所述发射结构发射出的倍频激光聚焦到所述光学元件表面；所述滤光元件、针孔依次设置在所述光学元件与所述光电探测器之间。

本发明还提供一种用于检测光学元件弱吸收的装置，包括泵浦激光器、非线性晶体、布氏窗、λ/4波片、第一聚焦镜、第二聚焦镜、针孔及光电探测器；所述非线性晶体设置在所述泵浦激光器的激光发射端，用于将部分泵浦激光生成倍频激光；所述布氏窗与所述非线性晶体具有夹角，用于使得p光透射、s光反射；所述λ/4波片、第一聚焦镜沿着所述p光透射方向依次设置在所述布氏窗与光学元件之间；所述第二聚焦镜、针孔以及光电探测器依次设置在被所述λ/4波片反射的S光方向上。