一种高反镜反射率的测量方法技术

一种高反镜反射率的测量方法，其特征在于：采用方波或正弦波调制的宽谱连续激光作光源，入射到两块高反镜组成的稳定谐振腔，由方波调制时单个周期波形的上升阶段和下降阶段拟合得到衰荡时间和腔镜反射率，或以锁相方式探测光腔输出信号的一次或奇次谐波，由其振幅和相位正切值随调制角频率的变化曲线拟合得到衰荡时间和腔镜反射率。保持腔长不变，加入测试镜组成稳定折叠腔，重复上述过程可得测试镜反射率。本发明专利技术测量精度高，成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种对光学元件参数的测量方法，特别。
技术介绍
随着激光功率不断提高，高功率激光系统对光学谐振腔腔镜的反射率的要求越来越高；随着镀膜技术的发展，镀膜工艺水平不断得到提高，能镀制高反镜的反射率也越来越高，已超过99.9％。为了准确评价激光器的腔镜参数和优化高反镜的镀制工艺，必须精确测量高反镜的反射率。测量反射率的传统方法，如分光光度计、白光池等方法，均以测量光强的比值为基础，误差大，最多只能给出三位有效数字。当反射率高于99.9％时，这些以光强比值测量为基础的方法通常都不能给出非常准确的反射率结果，无法满足对高反镜反射率测量精度的要求。“一种反射镜高反射率的测量方法”(中国专利申请号98114152.8，公开号CN1242516A，公开日期2000年1月26日)及“用光腔衰荡光谱方法精确测量高反镜的反射率”(中国激光，孙福革等，第26卷第1期35-38页，1999年1月)提供了一种高反射率测量方法，采用脉冲激光系统作光源，入射到两块高反镜组成的直型光学谐振腔，接收光腔指数衰减信号，确定直腔衰荡时间τ-，然后保持腔长不变，加入待测镜组成折叠腔，确定折叠腔衰荡时间τ＜，由两种情况的差值得到待测镜的反射率R。该方法采用折叠腔和直腔结合的方式，减小了由于腔内气体吸收、散射和衍射等损耗引起的测量误差，但该方法的测量精度受脉冲激光光束质量差、激光腔内模式竞争等因素的限制，而且由于使用的脉冲激光系统，造价在100万元人民币以上，不便于推广使用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免采用脉冲激光系统作为光源的不足而提供一种以宽谱连续半导体激光器或其他连续激光器作为光源的高反镜反射率测量方法。本专利技术的目的是通过以下措施达到的，其特点在于(1)将一束方波或正弦波调制的宽谱连续激光，入射到两块平凹高反镜组成的稳定光学谐振腔；或两块平凹高反镜加一块平面测试镜组成的稳定折叠腔，两块平凹高反镜垂直于光路、凹面相对且使激光从镜面中心通过，保持腔长不变的情况下加入测试镜，使光路折叠成测试镜待测角度；激光从一平凹高反镜进入谐振腔或经过测试镜进行折叠腔，在谐振腔或折叠腔内来回多次反射，部分激光束从另一平凹高反镜输出，由光电探测器(光电二极管探测器或光电倍增管)接收该输出激光束得到输出电流或电压信号；(2)记录输出电流或电压信号的波形、一次或奇次谐波振幅和相位，从而得到衰荡时间、腔镜和测试镜的反射率。采用数字示波器记录电流或电压信号的波形，用锁相放大器记录该信号波形的一次或奇次谐波的振幅和相位，通过理论拟合输出信号波形、或者拟合信号波形的一次或奇次谐波的振幅和相位的频率变化曲线均可得到衰荡时间，从而得到衰荡时间、腔镜和测试镜的反射率。所述的宽谱连续调制激光采用连续半导体激光器或二极管泵浦的固体激光器或光纤激光器或气体激光器作为光源，谱宽0.001nm至50nm，波长0.2至11μm。所述步骤(2)中的衰荡时间、腔镜和测试镜的反射率由输出信号振幅随调制角频率的变化曲线拟合得到。所述步骤(2)中的衰荡时间、腔镜和测试镜的反射率由输出信号相位正切值随调制角频率的变化曲线拟合得到，或者由单一调制角频率处光腔输出信号一次或奇次谐波的相位直接得到。所述步骤(2)中的衰荡时间、腔镜和测试镜的反射率由方波调制时单个周期输出信号波形的上升阶段和下降阶段拟合得到。本专利技术的原理是采用连续半导体激光器或二极管泵浦的固体激光器或气体激光器作光源，要求谱宽在0.001nm至50nm之间，使激光频谱内有几个至几万个纵模与光腔本征频率共振，确保始终有激光能量耦合进光腔；以方波或正弦波调制激光，入射到两块腔镜组成的稳定光学谐振腔，或两块腔镜加一块测试镜组成的稳定折叠腔，并在腔内来回反射，采用锁相技术记录输出信号一次谐波或奇次谐波的振幅和相位，由振幅和相位直接得到衰荡时间、腔镜和测试镜的反射率，或者由不同调制角频率下的振幅和相位正切值拟合得到衰荡时间、腔镜和测试镜的反射率，或者由方波调制时单个输出信号周期波形的上升阶段和下降阶段拟合得到衰荡时间、腔镜和测试镜的反射率。本专利技术与现有技术相比具有如下优点1.测量精度高。相对于脉冲激光器，半导体激光器或二极管泵浦的固体激光器或气体激光器输出功率稳定，光束质量高，有利于提高测量精度。由于单个频率下的相位能直接计算出衰荡时间和反射率，本专利技术中的拟合方法实质上是一种平均，有利于提高测量精度。2.装置简单，造价低。采用半导体激光器或其他连续激光器作为光源，避免了复杂、昂贵的脉冲激光系统。3.可测任意波段高反镜的反射率。由于目前半导体激光器已可覆盖紫外、可见至红外波段，本方法适用于几乎所有波段高反镜反射率的测量。4.可靠性高。由于采用多种方式确定高反镜的反射率，可提高测量结果的可靠性。附图说明图1为本专利技术的直腔测量装置结构示意图；图2为本专利技术的测试镜角度为45度时的折叠腔测量结构示意图； 图3为本专利技术的腔长60cm、100kHz方波调制时波形上升阶段拟合结果；图4为本专利技术的腔长60cm、100kHz方波调制时波形下降阶段拟合结果；图5为本专利技术的腔长80cm时一次谐波振幅随调制角频率变化的曲线拟合结果；图6为本专利技术的腔长80cm时一次谐波相位正切值随调制角频率变化的曲线拟合结果。具体实施例方式如图1所示，本专利技术的测量装置由光源1、反射镜2、望远系统3、双色分光镜4、氦氖激光器5、腔镜6、探测器7、函数发生器8、锁相放大器9和数字示波器10组成，函数发生器8连接至光源1使光源方波调制，同时连接至锁相放大器9作为参考信号和数字示波器10作为同步触发信号。探测器6输出的信号同时连接到锁相放大器9和数字示波器10，以记录振幅和相位以及光腔输出波形。如图2所示，加入45度待测镜11组成稳定折叠腔，可测量任意高反镜的反射率。光源1采用可调制的半导体激光器，其中心波长828nm，谱宽0.03nm，TEM00模输出，功率106mW，Melles Griot，由函数发生器8采用DS335，调制范围1μHz～3.1MHz，Stanford Research Systems)方波调制；反射镜2使光路偏转并便于调节输出激光的方向，望远系统3使激光模式与衰荡腔的本征横模相匹配，双色分光镜使828nm激光透射、632.8nm激光全反射，主要作用在于引入氦氖激光辅助调节光路。氦氖激光器5(输出功率5mW，Melles Griot)辅助调节光路。两块相同的平凹高反镜6，其反射带中心波长828nm，曲率半径1m组成稳定的衰荡光腔，衰荡腔输出激光束由硅光电探测器7(PDA55，Thorlabs)接收。硅光电探测器输出的电信号波形由数字示波器10(Tektronix TDS5054B)记录。硅光电探测器输出的电信号一次谐波的振幅和相位由锁相放大器(频率范围0.5Hz-2.0MHz，Signal Recovery7280)记录，参考信号由函数发生器8提供。实验中，通过调节函数发生器的频率改变方波调制信号频率。调制频率f范围取1kHz～1MHz，调制角频率为2πf。数据处理中需要扣除系统响应的影响，测量系统响应的具体做法光路中，只放一块腔镜，记录对应调制角频率下的相位。如图3为腔长60cm、100kHz方波调制时时波形上升阶段曲线拟合结果，得到衰荡时间0.692本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高反镜反射率的测量方法，其特征在于：（１）将一束方波或正弦波调制的宽谱连续激光，入射到两块平凹高反镜组成的稳定光学谐振腔，两块高反镜垂直于光路、凹面相对且使激光从镜面中心通过，激光从一平凹高反镜进入谐振腔，在谐振腔内来回多次反射，部分激光束从另一平凹高反镜输出，由光电探测器接收该输出激光束得到输出电流或电压信号；（２）记录输出电流或电压信号的波形、一次或奇次谐波振幅和相位，从而得到衰荡时间、腔镜和测试镜的反射率；。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李斌成，龚元，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]