一种大口径光学元件透射率和反射率的测量装置和测量方法，装置由光学系统、光电转换和机械控制系统及信号处理系统构成。光学系统包括固体激光器、起偏器、用于调整光路和预成像的可见光光源及其扩束系统、分光棱镜和衰减片；光电转换和机械控制系统包括光电探测器、科学级网络ＣＣＤ和元件支撑平台；信号处理系统由数据采集卡、网线和计算机组成。科学级网络ＣＣＤ实现所述光电探测器上光斑位置的监测，反馈调整探测器至最佳位置，同时也监测反射或透射光束的宏观分布图，反映反射率或透射率的均匀性。本发明专利技术装置和方法具有结构简易、调整方便、效率和精度高的特点，重复测量精度达到０．０５％。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学测量，特别是一种大口径光学元件透射率和反射率的测量装置。
技术介绍
在高能激光装置中，镀膜光学元件膜层的透过率和反射率及其均勻性，作为大口 径光学元件镀膜的重要技术指标，直接影响到透过激光的光束质量及能量分布。而光学元 件膜层的光、电、磁、机械等性能易受环境影响，进而影响到光学元件的透过率和反射率，最 终导致透过激光的性能变差。为有助于光束质量的控制和提高激光参数测量的准确性，需 要对光学元件的透过率和反射率及其均勻性做出科学的实时检测，为后续激光补偿系统提 供科学依据。目前，美国国家点火装置(NIF)及其光学元件供应商已经发展了适用于高能 激光的大口径光学元件的透射率和反射率的测量设备。但在国内市场上，现有光学元件透 过率和反射率的检测仪器还很难满足高能激光装置的特殊需求。目前在测量方法上，为了减少光源或光路引起的功率不稳定性的影响，国内外普 遍采用双光路方法来测定光学元件的透过率和反射率，即先校准，不放入待测光学元件，测 量参考光路和测量光路功率比值，得到校准系数；再放入待测光学元件，分别测量透射光和 反射光与参考光功率的比值，除以各自的校准系数从而得到被测光学元件的透射率和反射率。如图1，光源后加入斩波器03利用锁相放大技术来减少系统随机噪声，其光路结 构如图ι所示。01是固体激光器或者卤素灯加单色仪，输出激光波长为1064nm，与起偏器 02构成光源，斩波器03由电机04驱动，给光源加上调制信号，光分光棱镜05将光束分为参 考光束和测量光束，参考光路由光电探测器07探测，测量过程分为校准和测量两步第一 步不加入光学元件06，直接在分光棱镜05后加上光电探测器08或者09，输出的电压信号 经A/D板010采集，由微型计算机011处理，可求出两个校准系数k,(对应反射率)和kt (对 应透射率)；第二步，测量时，加入光学元件06，如图1。光学元件06放在一个可以旋转平 移从而进行两位扫描和入射角度定位的支撑平台上，光束以一定的角度入射到光学元件06 经反射和透射后到达光电探测器08和光电探测器09，经分光棱镜05分出的另一路参考光 入射到探测器07上，光电测器07、08、09将探测到的激光信号处理放大后由数据采集卡010 转换成数字信号，经微型计算机11处理计算出被测光学元件06每个扫描点的透射率和反 射率。但是目前这种测量装置的主要问题在于一、加入斩波器和锁相放大器减少随机噪声的却引入了影响较大的电子噪声，同 时增加了操作的复杂程度；二、装置扫描测量大口径光学元件的透射率和反射率及其均勻性时，耗时太长，检 测效率不高，同时环境的湿度、温度等因素都可能随着时间发生变化，引起更多测量误差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的问题，提供一种大口径光学元件透射率和 反射率的测量装置和测量方法，达到设备简、易测量、精度高、效率高的目的。本专利技术的技术解决方案如下一种大口径光学元件的透射率和反射率的测量装置，特点在于其构成包括测量光源由1053nm固体激光器和起偏器构成，连续激光波长为1053nm，功率连续 可调，最高可达650mw ；准直光源由532nm激光器和扩束系统构成，波长为532nm的可见光，在所述的固体 激光器和起偏器之间的光路上设置第一分光棱镜，由所述的532nm激光器和扩束系统输出 的激光经所述的第一分光棱镜耦合与所述的测量光源输出的激光共光路；所述的测量光源或准直光源发出的激光经第二分光棱镜分成第一次反射光和第 一次透射光，在第一次反射光方向依次由衰减片、第一干涉滤波片和第一光电探测器构成 参考光的探测光路，所述的第一光电探测器的输出信号经前置放大后输入到数据采集卡； 在第一次透射光方向设置被测光学元件和第三分光棱镜；所述的待测光学元件置于两维电动扫描样品平台的支撑平台上并固定，所述的支 撑平台由大行程二维滑动导轨和伺服电机组成，构成闭环自动控制扫描系统，实现单点扫 描的精确定位；所述的第一次透射光经所述的待测光学元件产生测量反射光和测量透射光，该测 量透射光由第三分光棱镜分成第二次透射光和第二次反射光第二次透射光经第二干涉滤 波片和第二光电探测器探测后经数据采集卡采集进入计算机，在第二次反射光方向依次是 第一成像透镜、第一科学级网络(XD，该第一科学级网络CXD的输出端经第一网线与所述的 计算机相连，构成透射光预成像系统，兼有监测透射光斑在所述的第二光电探测器上位置 变动，由计算机反馈控制第二光电探测器的位置；所述的测量反射光，由第四分光棱镜分成第三次透射光和第三次反射光该第三 次透射光经第三干涉滤波片和第三光电探测器接收后经所述的数据采集卡采集进入所述 的计算机；在该第三次反射光方向依次是第二成像透镜、第二科学级网络CCD，该第二科学 级网络CCD的输出端经第二网线与所述的计算机相连，构成反射光预成像系统，兼有监测反 射光斑在所述的第三光电探测器上位置变动，由计算机反馈控制第三光电探测器的位置。利用上述装置进行大口径光学元件透射率和反射率的测量方法，其包括下列步 骤一、调整光路①首先通过两小孔定直线方法，调整准直光源和测量光源，使所述的准直光源发 出的准直光束经第一分光棱镜耦合进测量光路中，与所述的测量光源发出的测量光束的输 出光严格共轴，在第一分光棱镜后共光路；②移开第一干涉滤波片、第二干涉滤波片和第三干涉滤波片，打开准直光源，调整 第二分光棱镜的入射面与入射的准直光束垂直，在所述的第二分光棱镜的反射光路设置第 一光电探测器，使反射光束的光斑位于第一光电探测器的中心位置，然后在所述的第二分 光棱镜和第一光电探测器之间依次设置衰减片和第一干涉滤光片，此称为参考光路；③在所述的第二分光棱镜的透射光路上放入第四分光棱镜、第三干涉滤光片和第三光电探测器，输出的电压信号经所述的数据采集卡采集和计算机处理，求出两路光的功 率比，即反射率校准系数撤去第四分光棱镜、第三干涉滤波片和第三光电探测器，换上第三分光棱镜、第二 干涉滤波片和第二光电探测器，测量透射率校准系数kt ；④利用准直光源布置测量光路，将待测光学元件固定在所述的支撑平台上，调节 好入射光与待测光学元件的前表面法线的角度，其反射光经第四分光棱镜分成反射光和透 射光，该反射光经第二成像透镜和第二科学级网络CXD形成监测光经第第二网线由所述的 计算机接收，所述的透射光经所述的第三干涉滤波片和第三光电探测器构成反射率测量光 路；在所述的待测光学元件的透射光路设置第三分光棱镜，调节所述的第二干涉滤波 片和第二光电探测器，使准直光斑在所述第二光电探测器的中心位置，调节所述的第一成 像透镜和第一科学级网络(XD，使准直光斑在所述的第一科学级网络CXD的中心位置；⑤打开准直光源和第一科学级网络(XD、第二科学级网络CXD开关，准直的532nm 光的反射图和透射图宏观地分别成像在所述第二科学级网络CCD和第一科学级网络CCD 上，初步反映待测光学元件镜面各处的反射率均勻性，为选择性区域扫描提供依据，以提高 扫描效率，对所述待测光学元件的测量区域按分区域设定扫描间隔，不均勻的地方间隔小， 实现精密扫描，或只扫描设定的区域，划分区域并设定好扫描间隔后，关闭准直光源；二、测量①打开测量光源和所述的第一光电探测器、第二光本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种大口径光学元件的透射率和反射率的测量装置，特征在于其构成包括：测量光源由１０５３ｎｍ固体激光器（１）和起偏器（５）构成，连续激光波长为１０５３ｎｍ，功率连续可调，最高可达６５０ｍｗ；准直光源由５３２ｎｍ激光器（４）和扩束系统（３）构成，波长为５３２ｎｍ的可见光，在所述的固体激光器（１）和起偏器（５）之间的光路上设置第一分光棱镜（２），由所述的５３２ｎｍ激光器（４）和扩束系统（３）输出的激光经所述的第一分光棱镜（２）耦合与所述的测量光源输出的激光共光路；所述的测量光源或准直光源发出的激光经第二分光棱镜（６）分成第一次反射光和第一次透射光，在第一次反射光方向依次由衰减片（７）、第一干涉滤波片（８）和第一光电探测器（９）构成参考光的探测光路，所述的第一光电探测器（９）的输出信号经前置放大后输入到数据采集卡（２１）；在第一次透射光方向设置被测光学元件（１０）和第三分光棱镜（１１）；所述的待测光学元件（１０）置于两维电动扫描样品平台的支撑平台（２９）上并固定，所述的支撑平台（２９）由大行程二维滑动导轨（２６、３０）和伺服电机（２５、２７、２８）组成，构成闭环自动控制扫描系统，实现单点扫描的精确定位；所述的第一次透射光经所述的待测光学元件（１０）产生测量反射光和测量透射光，该测量透射光由第三分光棱镜（１１）分成第二次透射光和第二次反射光：第二次透射光经第二干涉滤波片（１４）和第二光电探测器（１５）探测后经数据采集卡（２１）采集进入计算机（２２），在第二次反射光方向依次是第一成像透镜（１２）、第一科学级网络ＣＣＤ（１３），该第一科学级网络ＣＣＤ（１３）的输出端经第一网线（２３）与所述的计算机（２２）相连，构成透射光预成像系统，兼有监测透射光斑在所述的第二光电探测器（１５）上位置变动，由计算机（２２）反馈控制第二光电探测器（１５）的位置；所述的测量反射光，由第四分光棱镜（１６）分成第三次透射光和第三次反射光：该第三次透射光经第三干涉滤波片（１９）和第三光电探测器（２０）接收后经所述的数据采集卡（２１）采集进入所述的计算机（２２）；在该第三次反射光方向依次是第二成像透镜（１７）、第二科学级网络ＣＣＤ（１８），该第二科学级网络ＣＣＤ（１８）的输出端经第二网线（２４）与所述的计算机（２２）相连，构成反射光预成像系统，兼有监测反射光斑在所述的第三光电探测器（２０）上位置变动，由计算机（２２）反馈控制第三光电探测器（２０）的位置。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张春香，朱宝强，唐顺兴，缪洁，高妍琦，惠宏超，郭亚晶，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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