專利名稱：一種反射鏡高反射率的測量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學元件參數(shù)的測量，特別提供了一種反射鏡的高反射率高精度測量方法。
隨著大型激光系統(tǒng)功率的不斷提高，對高反射率反射鏡的需求也日益迫切。諧振腔高反鏡的反射率低，已成為提高輸出功率、改進光束質量的瓶頸問題。常用的如分光光度計光透射式反射率測量儀、白光池(多次反射)反射率測量儀等，基于光強測量；反射鏡反射率越高，測量精度越低，最多只能有三位有效數(shù)字，也不能在反射鏡工作氣氛下檢測。反射鏡的反射率等于鏡面反射光強I1與入射光強I0之比。傳統(tǒng)檢測反射率的分光光度計方法，是先測出透射光強I2與I0，得到鏡片的透射率T，然后由關系R＝1-T，求出鏡片的反射率R。對于高反射率鏡片，透視光強I2很小。對R＝99.9％……99.99％，I0與I2相差成千上萬倍，測量精度不高。而且，在這種情況下，反射鏡基底材料以及反射鏡周圍的氣體的散射和吸收損耗都變得不可忽略，所以，分光光度計通過測量透射來測量高反鏡反射率誤差很大。但直接測量反射，I0與I1相差大小，也測不準，如用白光池(多次反射)方法，它是測量入射光強I0及在兩平行放置的反射鏡之間經過一定次數(shù)(幾十～幾百次)反射后的出射光強，由它們的比值導出鏡片反射率。該方法結構復雜，調試麻煩，更為重要的是，該方法仍是對光強進行直接測量，較之分光光度計方法，測量精度提高有限。
本發(fā)明的目的在于提供一種反射鏡高反射率的測量方法，其測試過程簡單，測量精度高。
本發(fā)明提供了一種反射鏡高反射率的測量方法，包括下述測量步驟(1)以兩個高反射鏡組成穩(wěn)定的光學諧振腔，激光脈沖從一端注入后，在腔鏡之間來回反射形成振蕩，測量衰蕩壽命τ_，見附

圖1；(2)保持腔長不變，把待測鏡作為折疊鏡引入上述直衰蕩光腔，形成穩(wěn)定的折疊衰蕩光腔，測出衰蕩時間τ＜，見附圖2；(3)由下述公式計算得到待測鏡反射率RxRx＝exp[L/C(1/τ--1/τ＜)]其中，L腔長，C光速。
此外，在本發(fā)明中所形成折疊腔夾角在5°～90°之間。
本發(fā)明是通過檢測復合衰蕩光腔的衰蕩壽命測量高反射鏡的實際反射率的原理如下兩個高反鏡組成穩(wěn)定光學諧振腔，激光脈沖從一端注入后，在腔鏡之間來回反射，形成振蕩。激光強度因腔鏡透射和腔內介質吸收，散射損耗而以指數(shù)形式衰減I2＝βI0exp(-t/τ_)(1)衰蕩壽命為τ_=Lc(αL-InR1R2)---(2)]]>保持腔長不變，把待測鏡作為折疊鏡引入衰蕩光腔，則τ<=2Lc[αL-InR1R2-InRx]---(3)]]>當我們把直腔測得的結果與折疊腔的結果相結合，就可以得到Rx=exp[Lc(1τ_-1τ<)]---(4)]]>待測鏡反射率Rx由光速c、腔長L、以及直型腔和折疊型腔衰蕩壽命決定。
本發(fā)明首先測量沒有被測鏡時，由R1、R2組成的直腔的衰蕩時間τ-，再加入被測鏡，根據需要的入射角形成從近零度(～5°)到近90°(～85°)的折疊腔，同時保持腔長不變，并形成穩(wěn)定腔，測出衰蕩時間τ＜，最終由公式(4)得到被測鏡的反射率。本發(fā)明具有以下特點測量精度高反射鏡的反射率越高，脈沖激光在腔鏡之間來回反射的次數(shù)就越多。反射率為99.99％時，來回反射次數(shù)可達上萬次。反射的次數(shù)越多，衰蕩壽命越大；衰蕩壽命越大，對其測量精度越高。所以，本發(fā)明對反射率的測量精度較傳統(tǒng)方法成數(shù)量級提高。目前，本實驗腔鏡反射率測量精度已達10-5。
不受環(huán)境因素影響因為采用復合衰蕩光腔，避免了腔內介質吸收、散射等因素的影響。而且，衰蕩壽命的測量是對光強衰蕩曲線擬合得到，避免了激光源光強漲落的影響。
可測量平面、凹面及凸面高反鏡若能組成包括待測鏡的穩(wěn)定諧振腔，本方法即可測量待測鏡的反鏡率。而選擇適當曲率的腔鏡，可與任意曲率的待測鏡組成穩(wěn)定諧振腔。
可測量任意基底材料的高反鏡因為待測鏡作為折疊鏡，本方法對其基底材料的光學性質無任何要求。可測量那些在其工作波段不透明的反射鏡，比如金屬鏡、某些半導體鏡等。
可測量紫外、可見、紅外等任何波段的高反鏡只要有對應的光源和光信號控測器，本方法適用于任何波段的測量。
可測量任何反射角度及偏振方向的反射率改變折疊腔的折疊角度，即可測量對應反射角度的反射鏡；改變控測器前檢偏器及入射光的偏振方向，即可測量對應偏振方向的反射率。
可以有1mm的鏡面空間分辨率衰蕩光腔中，端鏡上振蕩光束的直徑決定本方法對待測鏡反射率測量時鏡面空間分辨率的大小。
光譜分辨率可達0.1cm-1本方法可使用線寬極窄的激光光源，只是考慮到激光相于長度的限制，對光源的線寬有所限制。
可測量透射損耗將待測透射損耗的鏡片或樣品放在衰蕩光腔內，即可測得其透射損耗。
總之，本發(fā)明創(chuàng)造性地將鏡片反射率測量轉化為對穩(wěn)定光學諧振腔衰蕩壽命的測量。
使用復合衰蕩光腔，所測反射率既包含了腔內介質對反射鏡面的影響，又消除了腔內介質損耗以及脈沖激光器輸出漲落嚴重的影響；避免了分光光度計或白光池(多次反射)等反射率測量儀從大光強中提取微小信號的弊端。待測反射鏡的反射率越高，測量精度就越高，極大地提高了高反鏡實際反射率的測量精度?？梢?.5mm鏡面空間分辨率和0.1cm-1光譜分辨率測量任何波段、任何角度平面、凹面及凸面高反鏡的反射率，并可測量透射損耗。
下面通過實例詳述本發(fā)明。
附圖1為直諧振腔光路示意圖。
附圖2為折疊諧振腔光路示意圖。
附圖3為45°耦合鏡反射率隨波長變化曲線。
實施例1 氧碘化學激光器腔鏡檢測這個波段的測量任務是為大功率氧碘化學激光器(激光波長1.315μm)服務。1.315μm波長激光光源是OPO激光器(Sunlite，輸出能量3～10mJ/pulse，脈寬5～10ns，Contiuum)；1.315μm處于大氣窗口，激光脈沖可以在兩面高反鏡之間建立振蕩。兩凹面高反鏡(中心波長為1.315μm、曲率半徑1m，國產)為端鏡組成衰蕩光腔，控測器是Ge PIN光電二極管探測器(GT105，國產)；信號記錄采用數(shù)字存儲示波器(TDS380，400M，2Gs/s，Tektronix)；計算機進行后序數(shù)據處理。首先在不同腔長下進行直型衰蕩腔的測量。測量結果列在表1中，相對誤差為10-5量級，表明測量精度較高，然后對待測鏡進行測量，測量結果列在表2中。
表1 直型光腔測量數(shù)據表2 折疊光腔測量數(shù)據L(m)τo(ns) R(％) ΔR/R 鏡片編號反射角度L(m) τo(ns) τx(ns) Rx(％)0.878 581.799.498 凹鏡(13m)＜3° 0.975647.7 574.8 99.9360.975 647.799.499 1×10-5凸鏡(7m) ＜3° 0.975647.7 576.7 99.938實施例2 45°激光耦合鏡檢測45°激光耦合鏡(Wex Bean Combiner，QUANTA RAY)反射范圍540～640nm，激光是由準分子激光器(LPX200，Lambda Physik)泵浦的脈沖染料激光器(LPD3000，Lambda Physik)，激光線寬0.2cm-1。兩凹面高反鏡(10CV0030F，中心波長為620nm、曲率半徑1m，Newport)為端鏡組成衰蕩光腔，腔長90cm。光腔內反復用高純氮氣沖洗，以清除腔內的水汽等吸收氣體。探測器是光電倍增管，信號送入數(shù)字化儀(Model 7612D，Tektronix)；數(shù)字化的衰蕩波形通過GPIB接口板(AT-GPIB/TNT(PnP)，80個波形/s)傳送到計算機(Pentium 133 PC)中處理。
圖2是測定的45°激光耦合鏡反射率曲線。在625nm處腔鏡反射率為99.80％，隨著波長的紅移，反射率逐漸降低。在630nm處為99.779(4)％。
比較例氧碘化學激光器腔鏡分光光度計(UV4001，日立) 本發(fā)明凹鏡(13米)反射率 ＞99％ 99.936％凸鏡(7米)反射率＞99％ 99.938％
權利要求
1.一種反射鏡高反射率的測量方法，包括下述測量步驟(1)以兩個高反射鏡組成穩(wěn)定的光學諧振腔，激光脈沖從一端注入后，在腔鏡之間來回反射形成振蕩，測量衰蕩壽命τ_；(2)保持腔長不變，把待測鏡作為折疊鏡引入上述直衰蕩光腔，形成穩(wěn)定的折疊衰蕩光腔，測出衰蕩時間τ＜；(3)由下述公式計算得到待測鏡反射率RxRx＝exp[L/C(1/τ_-1/τ＜)]其中，L腔長，C光速。
2.按照權利要求1所述反射鏡高反射率的測量方法，其特征在于所形成折疊腔夾角在5°～90°之間。
全文摘要
一種反射鏡高反射率的測量方法,包括下述測量步驟:(1)以兩個高反射鏡組成穩(wěn)定的光學諧振腔,激光脈沖從一端注入后,在腔鏡之間來回反射形成振蕩,測量衰蕩壽命τ－;(2)保持腔長不變,把待測鏡作為折疊鏡引入上述直衰蕩光腔,形成穩(wěn)定的折疊衰蕩光腔,測出衰蕩時間τ< ;(3)由下述公式計算得到待測鏡反射率R
文檔編號G01N21/55GK1242516SQ9811415
公開日2000年1月26日 申請日期1998年7月16日 優(yōu)先權日1998年7月16日
發(fā)明者解金春, 盛新志, 孫福革, 戴東旭, 沙國河 申請人:中國科學院大連化學物理研究所