[发明专利]光学元件高反射率测量系统和测量方法

说明书

一种光学元件高反射率测量系统和测量方法，系统包括激光光源、光电探测器、示波器、信号发生器、第一光纤、光纤隔离器、第二光纤、第三光纤、第一光纤耦合器、第四光纤、样品台、第一姿态调节机构、第二姿态调节机构、第五光纤、第二光纤耦合器和第六光纤，与现有普遍采用的基于高反射镜构成的谐振腔高反射率测量技术相比，本发明的测量灵敏度提高1000多倍，测量系统具有结构紧凑、布局灵活、抗干扰能力强、测量简便的特点。

技术领域

本发明涉及高反射率的测量领域，特别是一种光学元件高反射率测量系统和测量方法。

背景技术

具有极高反射率(高于99.9％)的反射镜在引力波观测、激光陀螺仪、高功率激光器等领域中有非常广泛的应用，在这些系统中，反射元件的反射率直接决定到了光学系统的一系列重要参数，因此高反射率的准确测量具有重要的意义[参见文献[1]A.Abramovici,W.E.Althouse,R.W.P.Drever,Y.Gursel,S.Kawamura,F.J.Raab,et al.,Ligo-the Laser-Interferometer-Gravitational-Wave-Observatory,Science,vol.256,pp.325-333,1992.[2]W.W.Chow,J.Geabanacloche,L.M.Pedrotti,V.E.Sanders,W.Schleich,and M.O.Scully,The Ring Laser Gyro,Reviews of Modern Physics,vol.57,pp.61-104,1985.]。

目前国际上普遍采用的测量高反射率的光路结构如图1所示，主要包括光源1、光阑2、前端腔镜3、后端腔镜4、光电探测器5、示波器6和信号发生器7[参见文献：[3]Y.Gongand B.C.Li,High-reflectivity measurement with a broadband diode laser basedcavity ring-down technique,Applied Physics B-Lasers and Optics,vol.88,pp.477-482,2007.[4]H.Y.Zu,B.C.Li,Y.L.Han,and L.F.Gao,Combined cavity ring-down and spectrophotometry for measuring reflectance of optical lasercomponents,Optics Express,vol.21,pp.26735-26741,2013.[5]B.C.Li,H.Cui,Y.L.Han,L.F.Gao,C.Guo,C.M.Gao,et al.,Simultaneous determination of opticalloss,residual reflectance and transmittance of highly anti-reflectivecoatings with cavity ring down technique,Optics Express,vol.22,pp.29135-29142,2014.[6]H.Cui,B.C.Li,Y.L.Han,J.Wang,C.M.Gao,and Y.F.Wang,Extinctionmeasurement with open-path cavity ring-down technique of variable cavitylength,Optics Express,vol.24,pp.13343-13350,2016.]。在测量过程中，基于如图1所示谐振腔，首先利用示波器测量谐振腔输出电压的指数式衰荡曲线，然后拟合得到衰荡时间因子τ₀，其表达式为：

然后如图2所示，在光路中加入待测样品，再次利用示波器测量谐振腔输出电压的指数式衰荡曲线，然后拟合得到衰荡时间因子τ₁，其表达式为：

根据公式(1)和(2)，即可计算出反射元件的反射率为：