[发明专利]一种高反射腔镜透过率的标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于测量光学元件参数的技术领域，特别涉及高反射腔镜透过率的测量方法。

背景技术

高反射腔镜广泛使用于高能激光、引力波探测、激光陀螺等技术领域中，其光学参数的准确测量尤为必要。目前高反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)，而高反射腔镜的透过率准确测量仍是一个问题。目前对反射光学元件的透过率的测量仍然采用分光光度技术，中国专利申请号201210524943.5的发明专利“一种光学元件透过率的测量方法及装置”、中国专利申请号201310013193.X的发明专利“一种光刻机中照明系统各光学组件透过率的测量装置及测量方法”通过分光光度法将特定波长的激光光束进行分束，得到两束光分别通过参考光路和测试光路来测量光学元件的透过率。然而分光光度技术的测量精度不够高，而且对于高反射光学元件测量时需要足够大动态范围的探测器(一般大于10⁵)。由于探测器动态范围的限制，一般都采用固定衰减片作为参考样品对其高反射光学元件的透过率进行测量，这种间接测量方法，虽然扩大了动态范围，但也增加了一个参考样品，参考样品的透过率仍然由分光光度技术测量，其测量误差会导致高反射光学元件的透过率测量误差。

另外，中国专利申请号201610972470.3的发明专利“一种基于光腔衰荡技术同时测量高反射/高透射光学元件的反射率和透过率的方法”中为了同时准确测量高反射/高透射光学元件的反射率和透过率，必须事先准确标定高反射输出腔镜的透过率。而基于传统分光光度技术的高反射输出腔镜透过率标定受测量方法的限制，标定精度难以满足要求。特别是当高反射输出腔镜的透过率低至ppm量级时，基于分光光度技术的测量误差更大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述现有技术不足和高反射输出腔镜透过率精确标定的需求，提供一种高反射腔镜透过率的标定方法，将高透射光学元件作为参考样品，其参考样品的反射率由光腔衰荡技术准确测量得到，通过待测高反射腔镜透射信号和参考高透射光学元件的反射信号的比值，或者待测高反射腔镜透射的光腔衰荡信号幅值和参考高透射光学元件反射的光腔衰荡信号幅值的比值，得到待测高反射腔镜的透过率。

其实现步骤如下：

步骤(1)、将一束激光光束注入到稳定的初始光学谐振腔，所述初始光学谐振腔由一块平凹高反射镜和一块待测高反射腔镜构成直型腔或者由一块平面镜、一块平凹高反射镜和一块待测高反射腔镜构成“V”型腔，腔长为L₀,探测光束从耦合镜注入谐振腔，由待测高反射输出腔镜输出，输出的光腔衰荡信号由第一个光电探测器测量；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的衰荡时间τ₀；

步骤(2)、在初始光学谐振腔内垂直插入参考高透射光学元件构成稳定的测试光学谐振腔，将第一个光电探测器测得的光腔衰荡信号按单指数衰减函数拟合得到该测试光学谐振腔的衰荡时间τ₁；

步骤(3)、旋转参考高透射光学元件角度使其反射光束出射到测试光学谐振腔外，并由第二个光电探测器测量其反射光强信号，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光强信号，I₁为第二个光电探测器探测得到的光强信号，关断激光，将第一个或第二个探测器测得的光腔衰荡信号按单指数衰减函数拟合得到测试光学谐振腔衰荡时间τ₂，经计算得到参考高透射光学元件的剩余反射率R＝[L+(n_s-1)d](1/τ₁-1/τ₂)/c，其中c为光速，n_s为参考高透射光学元件折射率，d为参考高透射光学元件厚度；通过对第二个与第一个探测器的放大倍数比值M的定标得到待测高反射腔镜的透过率T₀＝RM/P₁。

其中，所述的激光光源可以为脉冲激光或连续激光。连续激光采用半导体激光器或二极管泵浦的固体激光器或者气体激光器产生。

其中，所述的激光输出光束为TEM₀₀模光束。

其中，所述组成初始光学谐振腔和测试光学谐振腔的反射镜的反射率均大于99％。