專利名稱：高反鏡反射率測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學元件參數(shù)的測量方法，特別地涉及一種高反鏡反射率的測量方法。
背景技術(shù)：
高反射率光學元件在激光系統(tǒng)中的廣泛使用迫切要求精確測量高反射率，而傳統(tǒng)方法已無法滿足高反射率的測量精度要求。中國專利申請?zhí)?8114152.8，公開號CN1242516A，
公開日期為2000年1月26日的發(fā)明專利公開了“一種反射鏡高反射率的測量方法”，采用脈沖激光系統(tǒng)作光源，入射到兩塊高反鏡組成的光學諧振腔，接收光腔指數(shù)衰減信號，分別確定直腔衰蕩時間τ-和折疊腔衰蕩時間τ＜，計算得到待測鏡的反射率R。該方法的缺點是由于脈沖激光光束質(zhì)量差、衰蕩腔內(nèi)存在模式競爭等因素，測量精度受到限制；而且，由于所使用的脈沖激光系統(tǒng)造價高，不利于推廣使用。中國專利申請?zhí)?00610011254.9，公開號CN1804572A，
公開日期為2006年7月19日的發(fā)明專利提供了“一種高反鏡反射率的測量方法”；2006年9月出版的《中國激光》，龔元，李斌成，第33卷第9期1247-1250頁，公開了一種“連續(xù)激光光腔衰蕩法精確測量高反射率”的方法，它們都提出了一種以連續(xù)半導體激光器作光源的高反射率測量方法，用方波調(diào)制連續(xù)激光，采用鎖相方式探測輸出信號的振幅衰減和相位延遲，從而得到光腔衰蕩時間和高反鏡反射率。該方法裝置簡單、成本低，但由于鎖相方式探測要求穩(wěn)定的光腔輸出信號，干涉效應會引起信號振幅的較大波動，所以必須采用離軸入射以避免腔內(nèi)的干涉效應。離軸入射是指激光束入射方向與衰蕩腔的光軸不共線。當腔鏡反射率提高到一定程度后，光腔輸出信號振幅較小，信噪比下降，使得裝置調(diào)節(jié)比較困難，而且限制了測量精度。干涉效應會使激光功率在光腔內(nèi)迅速增加，同時光腔輸出信號振幅也大大增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種測量精度高、裝置簡單且成本低廉的高反鏡反射率測量方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是高反鏡反射率測量方法，包括以下步驟(1)兩塊相同的平凹高反射腔鏡，凹面鍍高反膜且凹面相對構(gòu)成直腔，將連續(xù)激光入射到這樣構(gòu)成的穩(wěn)定諧振腔或共焦腔，當光腔輸出信號幅值高于設(shè)定的閾值Vth1時，觸發(fā)關(guān)閉激光束，此后光腔輸出信號呈指數(shù)衰減，由指數(shù)衰減信號擬合得到直腔衰蕩時間τ1，再計算得到腔鏡反射率R，或者直接擬合得到腔鏡反射率R；(2)保持腔長不變，在兩塊相同的平凹高反射腔鏡之間加入高反射測試鏡構(gòu)成折疊腔，當折疊腔輸出信號幅值大于閾值Vth2時觸發(fā)關(guān)閉激光束，由指數(shù)衰減信號擬合得到折疊腔衰蕩時間τ2，再計算測試鏡反射率Rx，或者直接擬合得到測試鏡反射率Rx。
所述步驟(1)中的連續(xù)激光的譜寬為0.001nm至50nm。
所述連續(xù)激光采用連續(xù)半導體激光器或二極管泵浦的固體激光器或氣體激光器產(chǎn)生。
所述步驟(2)中高反射測試鏡的測試角度為1-85度。
所述步驟(1)和(2)中的閾值Vth1和Vth2由觸發(fā)開關(guān)電路設(shè)定或者由示波器的觸發(fā)電平設(shè)定，且可以調(diào)節(jié)。
所述步驟(1)中的閾值Vth1與所述步驟(2)中的閾值Vth2相等或者不相等。
所述步驟(1)和(2)中的指數(shù)衰減信號由數(shù)字示波器記錄或者由數(shù)據(jù)采集卡直接采集并由計算機存儲。
所述步驟(1)和(2)中觸發(fā)關(guān)閉激光束由以下任一方式實現(xiàn)a.采用連續(xù)半導體激光器作光源，當光腔輸出信號高于觸發(fā)開關(guān)電路設(shè)定的閾值時，快速關(guān)閉半導體激光器的激勵電流或電壓；b.采用連續(xù)半導體激光器或二極管泵浦的固體激光器或氣體激光器作光源，當光腔輸出信號高于設(shè)定的閾值時，在激光器和輸入腔鏡之間采用快速光開關(guān)關(guān)閉激光束；c.采用方波調(diào)制激光驅(qū)動電源，或者采用斬波器、聲光或電光調(diào)制器調(diào)制激光束，當光腔輸出信號高于設(shè)定的閾值時，利用方波下降沿快速關(guān)閉激光束。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(1)精度高。本發(fā)明利用了腔內(nèi)的干涉效應，使光腔輸出信號振幅大，信噪比高，能高精度確定腔鏡和待測鏡的反射率。
(2)裝置簡單，成本低。由于可采用半導體激光器，降低了成本，簡化了測量裝置。
本發(fā)明中，激光束沿衰蕩腔光軸入射，增強了腔內(nèi)的干涉效應，使光腔輸出信號比鎖相探測方式下的輸出信號大一到兩個量級，大大提高了信噪比和測量精度。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
圖1為本發(fā)明的一種直腔測量裝置實施例的示意圖，在該實施例中，采用改變半導體激光器的激勵電流或電壓快速關(guān)閉激光束；圖2為本發(fā)明的一種折疊腔的實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的另一種直腔測量裝置實施例的示意圖，在該實施例中，采用快速光開關(guān)關(guān)閉激光束。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的測量裝置由光源1、空間濾波和望遠系統(tǒng)2、平凹高反鏡3，4、會聚透鏡5、探測器6、觸發(fā)開關(guān)電路7、示波器8和計算機9組成。圖中的粗線表示光路，細線表示信號線相連。其中探測器6一般采用光電二極管探測器。
光源1采用寬譜連續(xù)半導體激光器，其譜寬在0.001nm至50nm之間，使激光譜內(nèi)覆蓋多個光腔本征模式?？臻g濾波和望遠系統(tǒng)2由兩塊透鏡和一針孔組成，用于將光源1輸出的激光束整形成基模并與光腔模式匹配。兩塊相同的平凹高反鏡3、4，其凹面鍍高反膜，反射率大于99％，凹面相對構(gòu)成直腔諧振腔。直腔諧振腔可分為穩(wěn)定諧振腔和共焦腔。穩(wěn)定諧振腔腔長L滿足0＜L＜2r且L≠r，共焦腔腔長L滿足L＝r，r為腔鏡凹面的曲率半徑。連續(xù)激光束在諧振腔內(nèi)多次反射后輸出，經(jīng)透鏡5會聚后由探測器6接收。探測器6將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并同時輸出到觸發(fā)開關(guān)電路7和示波器8。觸發(fā)開關(guān)電路7用來比較設(shè)定的閾值和探測器6輸出信號振幅的大小。當其輸出高于閾Vth1值時，觸發(fā)開關(guān)電路7通過改變半導體激光器的激勵電流或電壓快速關(guān)閉激光輸出，從而得到指數(shù)衰減信號。觸發(fā)開關(guān)電路7同時觸發(fā)示波器8記錄觸發(fā)關(guān)閉激光器后的指數(shù)衰減信號，并送入計算機9進行數(shù)據(jù)處理。計算機9擬合指數(shù)衰減信號得到直腔衰蕩時間τ1，擬合由單指數(shù)衰減函數(shù)y＝A*exp(-t/τ1)+B來完成；并計算得到腔鏡反射率R，計算腔鏡反射率由公式R＝exp(-L/cτ1)或R＝1-L/cτ1來完成，其中c為光速，L為腔長。另外，也可以由上述公式的組成直接擬合得到腔鏡反射率R。其中閾值Vth1可以由觸發(fā)開關(guān)電路設(shè)定，也可以由示波器的觸發(fā)電平設(shè)定，并且可以根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)。
如圖2所示，加入高反射測試鏡10后構(gòu)成折疊腔，可測量任意反射率大于99％的平面高反鏡的反射率。重復上述過程，當探測器6輸出的信號振幅大于閾值Vth2時，觸發(fā)關(guān)閉光源1并觸發(fā)示波器8記錄折疊腔指數(shù)衰減信號，由計算機9擬合得到折疊腔衰蕩時間τ2，再計算得到測試鏡反射率；或者直接擬合得到測試鏡反射率Rx。其中，由單指數(shù)衰減函數(shù)y＝A*exp(-t/τ2)+B擬合得到直腔衰蕩時間τ2，再由Rx＝exp(L/cτ1-L/cτ2)計算得到測試鏡反射率Rx。本發(fā)明中最小測試角度由腔鏡直徑與腔長的比值決定，測試角度范圍為1-85度，測試角度是指激光束相對于測試鏡的入射角。前面提及的指數(shù)衰減信號可以由數(shù)字示波器記錄，也可由數(shù)據(jù)采集卡直接采集并由計算機存儲；而閾值Vth2可以由觸發(fā)開關(guān)電路設(shè)定，也可以由示波器的觸發(fā)電平設(shè)定，并且可以根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)。該閾值Vth2既可以與Vth2相等，也可以與Vth2不相等。
本發(fā)明中觸發(fā)關(guān)閉激光束也可以通過以下方式實現(xiàn)如圖3所示，光源1采用連續(xù)半導體激光器或二極管泵浦的固體激光器或氣體激光器，在激光器和輸入腔鏡之間插入快速光開關(guān)11，該快速光開關(guān)11與計算機9相連，受計算機9控制。當光腔輸出信號大于觸發(fā)開關(guān)電路7設(shè)定的閾值時，觸發(fā)光開關(guān)11關(guān)閉激光束。
權(quán)利要求
1.高反鏡反射率測量方法，包括以下步驟(1)兩塊相同的平凹高反射腔鏡，凹面鍍高反膜且凹面相對構(gòu)成直腔，將連續(xù)激光入射到這樣構(gòu)成的穩(wěn)定諧振腔或共焦腔，當光腔輸出信號幅值高于設(shè)定的閾值Vth1時，觸發(fā)關(guān)閉激光束，此后光腔輸出信號呈指數(shù)衰減，由指數(shù)衰減信號擬合得到直腔衰蕩時間τ1，再計算得到腔鏡反射率R，或者直接擬合得到腔鏡反射率R；(2)保持腔長不變，在兩塊相同的平凹高反射腔鏡之間加入高反射測試鏡構(gòu)成折疊腔，當折疊腔輸出信號幅值大于閾值Vth2時觸發(fā)關(guān)閉激光束，由指數(shù)衰減信號擬合得到折疊腔衰蕩時間τ2，再計算測試鏡反射率Rx，或者直接擬合得到測試鏡反射率Rx。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高反鏡反射率測量方法，其特征在于所述步驟(1)中的連續(xù)激光的譜寬為0.001nm至50nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高反鏡反射率測量方法，其特征在于所述連續(xù)激光采用連續(xù)半導體激光器或二極管泵浦的固體激光器或氣體激光器產(chǎn)生。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高反鏡反射率測量方法，其特征在于所述步驟(2)中激光束相對于高反射測試鏡的入射角為1-85度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高反鏡反射率測量方法，其特征在于所述步驟(1)和(2)中的閾值Vth1和Vth2由觸發(fā)開關(guān)電路設(shè)定或者由示波器的觸發(fā)電平設(shè)定，且可以調(diào)節(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高反鏡反射率測量方法，其特征在于所述步驟(1)中的閾值Vth1與所述步驟(2)中的閾值Vth2相等或者不相等。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高反鏡反射率測量方法，其特征在于所述步驟(1)和(2)中的指數(shù)衰減信號由數(shù)字示波器記錄。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高反鏡反射率測量方法，其特征在于所述步驟(1)和(2)中的指數(shù)衰減信號由數(shù)據(jù)采集卡采集并由計算機存儲。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高反鏡反射率測量方法，其特征在于所述步驟(1)和(2)中觸發(fā)關(guān)閉激光束由以下任一方式實現(xiàn)a.采用連續(xù)半導體激光器作光源，當光腔輸出信號高于觸發(fā)開關(guān)電路設(shè)定的閾值時，快速關(guān)閉半導體激光器的激勵電流或電壓；b.采用連續(xù)半導體激光器或二極管泵浦的固體激光器或氣體激光器作光源，當光腔輸出信號高于設(shè)定的閾值時，在激光器和輸入腔鏡之間采用快速光開關(guān)關(guān)閉激光束；c.采用方波調(diào)制激光驅(qū)動電源，或者采用斬波器、聲光或電光調(diào)制器調(diào)制激光束，當光腔輸出信號高于設(shè)定的閾值時，利用方波下降沿快速關(guān)閉激光束。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高反鏡反射率的測量方法，屬于對光學元件參數(shù)進行測量的技術(shù)領(lǐng)域。包括以下步驟1)由兩塊相同的凹面鍍高反膜的高反鏡凹面相對構(gòu)成直腔，將連續(xù)激光入射到構(gòu)成的穩(wěn)定諧振腔或共焦腔，當光腔輸出信號幅值高于設(shè)定的閾值時，關(guān)閉激光束，由指數(shù)衰減信號擬合得到直腔衰蕩時間τ
文檔編號G01N21/55GK1963435SQ20061016508
公開日2007年5月16日 申請日期2006年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月13日
發(fā)明者李斌成, 龔元 申請人:中國科學院光電技術(shù)研究所