[发明专利]一种光吸收系数测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种光吸收系数测量装置及方法，属于光学计量领域。本发明利用带有起偏/检偏器和半波片的激光光源、被测样品、移动平台、探测器和装有吸收系数测试程序的计算机搭建测试系统，并利用斜入射的测试方案；激光透过被测样品后会分成多数的反射光和透射光，本发明仅利用其中的第一次透射光展开测量，并针对o光和e光的不同特性分别测量，针对e光折射角不能直接计算的问题，利用迭代算法获得折射角的合理近似值，最终计算得出被测样品的吸收系数或针对o光和e光的不同吸收系数。本发明克服了现有行业标准采用垂直入射方法中光线干涉带来的不确定度问题，对实验条件和实验装置要求较低，实现了大口径、低吸收系数元件光吸收系数的精确测量。

技术领域

本发明属于光学计量领域，主要涉及一种光吸收系数测量方法，尤其涉及一种低吸系数光学元件的光吸收系数测量装置及方法。

背景技术

随着高功率激光系统在受控热核反应、核爆模拟、高能激光武器等尖端技术的应用，使得大口径、低吸收系数激光光学元件的研制和检测技术进入了一个新的阶段，上述光学元件通常口径在400mm量级，而吸收系数低至10^-4cm^-1量级。光吸收系数是评价此类光学元件的重要参数，直接决定光学元件的损伤阈值和应用过程中对光束质量的影响。

精确测量光学元件吸收系数的方法主要有量热法、光声技术测量法和透射法。量热法是将被测样品置于真空状态的卡计室，使样品处于绝缘状态，利用单一波长的激光通过该介质后，测量样品温度和时间变化关系给出吸收系数；这种测量方法灵敏度很高，精度可达到10^-5cm^-1，但是受真空卡计室的测试条件限制，无法对大口径光学材料进行测量。光声技术测量法将样品放置在光声池中，用连续或脉冲光束入射至样品，随后样品的温度上升通过测量气室压力增加得到，另外也可以通过使用附着于样品上的传感器测量光声效应导致的弹性波振幅，或者使用置于光声池中的超声探测器探测样品产生的脉冲光声信号来计算被测样品的光吸收系数；这种测试方法需要建立精确数学模型，需要特殊的实验环境和条件，测量精度受很多因素影响，在工程上应用受到限制，同时很难测量大口径光学材料的吸收系数。透射法是行业标准JB/T9495.6-1999《光学晶体吸收系数测量方法》中采用的方法，此方法采用垂直入射测量被测样品的透过率，然后结合样品的折射率通过计算得到样品的吸收系数，这种方法的局限性在于如果光源为激光，在垂直入射经过两面平行度较好的材料时，多次透射光的频率相同、振动方向相同、相位差恒定，透射光会发生干涉，透射光强发生波动，影响测试结果，已经无法满足现有技术环境下10^-4cm^-1的精度要求，此外这种测量方法是对白光的吸收系数进行测量，无法测量被测样品对特定波长、特定偏振态激光的吸收系数。

同时，对于目前使用最为广泛的单轴晶体材料，偏振光进入后分解为o光和e光，不同入射角度的o光在材料中传输时，晶体折射率不会发生变化，但是对于e光，其吸收系数与晶体的折射率和入射角有关，即对于o光和e光，单轴晶体会表现出不同的吸收系数，上述方法都无法给出单独针对o光和e光的吸收系数。

目前，对于大口径、低吸收系数的光学材料，尚未有精确的吸收系数测量方法。

发明内容

为解决上述背景技术中提出的现有方法存在的问题，本发明提出了一种光吸收系数测量装置及方法，能够解决低吸系数光学元件的光吸收系数测量问题。

本发明的技术方案为：

所述一种光吸收系数测量装置，其特征在于：由光源、移动平台、探测器和装有吸收系数测试程序的计算机组成；

所述光源提供时间稳定性优于5×10^-5的线偏振激光，并且能够提供P偏振态的激光和/或S偏振态的激光；

所述移动平台能够固定被测样品并使其移动；