[发明专利]一种光吸收系数测量装置及方法

摘要

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。

主权项

1.一种光吸收系数测量方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：对测量装置上电并初始化；所述测量装置由光源、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；所述探测器探测范围与光源发出的线偏振光的强度范围适应；探测器的探测值传输给装有吸收系数测试程序的计算机；步骤2：对光源进行采样：移动平台带动被测样品移开光路，用探测器探测光源发出的光，每隔时间t进行一次探测，总共探测j个值，并将探测值V₁、V₂、V₃……V_j传输给计算机，计算机将所述探测值转化为光源的实际光强值I₁、I₂、I₃……I_j；步骤3：判断光源是否已经稳定：若步骤2得到的j个实际光强值均满足以下公式则判定光源稳定，其中a为光源稳定性阈值；并根据公式计算当前光强值I_均；步骤4：移动平台带动被测样品移入光路，用探测器探测第一次透射光，每隔时间t₁进行一次探测，总共探测j₁个值，取这j₁个值的均值为第一次透射光光强T₁，步骤5：根据被测样品类型，分别采用以下两种步骤进行，若被测样品为各向同性的晶体则进入步骤6，如果被测样品为单轴晶体，则进入步骤7；步骤6：根据计算被测样品的吸收系数k；其中l为激光在被测样品中入射点与第一次透射点的传播距离；ρ(θ)为反射率：θ为光源向被测样品发出激光的入射角，θ'为折射角；n_空sinθ＝nsinθ'，n_空为空气折射率，n为各向同性晶体被测样品折射率；步骤7：分别计算单轴晶体对o光和e光的吸收系数：步骤7.1：调整光源，使其出射光的偏振态为S偏振态，激光的振动方向与水平方向垂直，被测样品晶面法线水平，激光进入被测样品后为o光；根据步骤3计算I_均，根据步骤4计算第一次透射光光强T₁，根据计算得到单轴晶体对o光的吸收系数；θ为光源向被测样品发出激光的入射角，θ'为折射角；n_空sinθ＝n_osinθ'，n_空为空气折射率，n_o为单轴晶体对o光的折射率；步骤7.2：调整光源，使其出射光的偏振态为P偏振态，激光的振动方向与入射面平行，被测样品晶面法线水平，激光进入被测样品后为e光；根据步骤3计算I_均，根据步骤4计算第一次透射光光强T₁，根据计算得到单轴晶体对e光的吸收系数；θ为光源向被测样品发出激光的入射角，θ'为折射角；n_空sinθ＝n_e(θ)sinθ'，n_空为空气折射率，n_e(θ)为单轴晶体对e光的折射率；步骤7.3：通过以下迭代计算得到单轴晶体对e光的折射角θ'：对于第X次迭代，得到单轴晶体对e光的折射角θ'_X为Ve(θ′)_X＝V_o²cos²ψ_X+V_e²sin²ψ_Xψ_X＝90°－θ'_x‑1－α其中θ'_x‑1为第X‑1次迭代得到的单轴晶体对e光的折射角，c为光速，α为晶角，V_o为o光在被测样品中的传播速度，n_e为当e光垂直光轴入射时的主折射率；单轴晶体对e光的折射角的初始值取入射角θ。