專利名稱：高反鏡反射率測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件參數(shù)的測(cè)量方法，特別地涉及一種高反鏡反射率的測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
高反射率光學(xué)元件在激光系統(tǒng)中的廣泛使用迫切要求精確測(cè)量高反射率，而傳統(tǒng)方法已無(wú)法滿足高反射率的測(cè)量精度要求。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?8114152.8，公開(kāi)號(hào)CN1242516A，
公開(kāi)日期為2000年1月26日的發(fā)明專利公開(kāi)了“一種反射鏡高反射率的測(cè)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(xué)諧振腔，接收光腔指數(shù)衰減信號(hào)，分別確定直腔衰蕩時(shí)間τ-和折疊腔衰蕩時(shí)間τ＜，計(jì)算得到待測(cè)鏡的反射率R。該方法的缺點(diǎn)是由于脈沖激光光束質(zhì)量差、衰蕩腔內(nèi)存在模式競(jìng)爭(zhēng)等因素，測(cè)量精度受到限制；而且，由于所使用的脈沖激光系統(tǒng)造價(jià)高，不利于推廣使用。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00610011254.9，公開(kāi)號(hào)CN1804572A，
公開(kāi)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(cè)量方法”；2006年9月出版的《中國(guó)激光》，龔元，李斌成，第33卷第9期1247-1250頁(yè)，公開(kāi)了一種“連續(xù)激光光腔衰蕩法精確測(cè)量高反射率”的方法，它們都提出了一種以連續(xù)半導(dǎo)體激光器作光源的高反射率測(cè)量方法，用方波調(diào)制連續(xù)激光，采用鎖相方式探測(cè)輸出信號(hào)的振幅衰減和相位延遲，從而得到光腔衰蕩時(shí)間和高反鏡反射率。該方法裝置簡(jiǎn)單、成本低，但由于鎖相方式探測(cè)要求穩(wěn)定的光腔輸出信號(hào)，干涉效應(yīng)會(huì)引起信號(hào)振幅的較大波動(dòng)，所以必須采用離軸入射以避免腔內(nèi)的干涉效應(yīng)。離軸入射是指激光束入射方向與衰蕩腔的光軸不共線。當(dāng)腔鏡反射率提高到一定程度后，光腔輸出信號(hào)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(cè)量精度。干涉效應(yīng)會(huì)使激光功率在光腔內(nèi)迅速增加，同時(shí)光腔輸出信號(hào)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(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種測(cè)量精度高、裝置簡(jiǎn)單且成本低廉的高反鏡反射率測(cè)量方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是高反鏡反射率測(cè)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(duì)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(dāng)光腔輸出信號(hào)幅值高于設(shè)定的閾值Vth1時(shí)，觸發(fā)關(guān)閉激光束，此后光腔輸出信號(hào)呈指數(shù)衰減，由指數(shù)衰減信號(hào)擬合得到直腔衰蕩時(shí)間τ1，再計(jì)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(zhǎng)不變，在兩塊相同的平凹高反射腔鏡之間加入高反射測(cè)試鏡構(gòu)成折疊腔，當(dāng)折疊腔輸出信號(hào)幅值大于閾值Vth2時(shí)觸發(fā)關(guān)閉激光束，由指數(shù)衰減信號(hào)擬合得到折疊腔衰蕩時(shí)間τ2，再計(jì)算測(cè)試鏡反射率Rx，或者直接擬合得到測(cè)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(dǎo)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(cè)試鏡的測(cè)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(kāi)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(hào)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(jì)算機(jī)存儲(chǔ)。
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(shí)現(xiàn)a.采用連續(xù)半導(dǎo)體激光器作光源，當(dāng)光腔輸出信號(hào)高于觸發(fā)開(kāi)關(guān)電路設(shè)定的閾值時(shí)，快速關(guān)閉半導(dǎo)體激光器的激勵(lì)電流或電壓；b.采用連續(xù)半導(dǎo)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(dāng)光腔輸出信號(hào)高于設(shè)定的閾值時(shí)，在激光器和輸入腔鏡之間采用快速光開(kāi)關(guān)關(guān)閉激光束；c.采用方波調(diào)制激光驅(qū)動(dòng)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(dāng)光腔輸出信號(hào)高于設(shè)定的閾值時(shí)，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(diǎn)(1)精度高。本發(fā)明利用了腔內(nèi)的干涉效應(yīng)，使光腔輸出信號(hào)振幅大，信噪比高，能高精度確定腔鏡和待測(cè)鏡的反射率。
(2)裝置簡(jiǎn)單，成本低。由于可采用半導(dǎo)體激光器，降低了成本，簡(jiǎn)化了測(cè)量裝置。
本發(fā)明中，激光束沿衰蕩腔光軸入射，增強(qiáng)了腔內(nèi)的干涉效應(yīng)，使光腔輸出信號(hào)比鎖相探測(cè)方式下的輸出信號(hào)大一到兩個(gè)量級(jí)，大大提高了信噪比和測(cè)量精度。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1為本發(fā)明的一種直腔測(cè)量裝置實(shí)施例的示意圖，在該實(shí)施例中，采用改變半導(dǎo)體激光器的激勵(lì)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(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的另一種直腔測(cè)量裝置實(shí)施例的示意圖，在該實(shí)施例中，采用快速光開(kāi)關(guān)關(guān)閉激光束。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的測(cè)量裝置由光源1、空間濾波和望遠(yuǎn)系統(tǒng)2、平凹高反鏡3，4、會(huì)聚透鏡5、探測(cè)器6、觸發(fā)開(kāi)關(guān)電路7、示波器8和計(jì)算機(jī)9組成。圖中的粗線表示光路，細(xì)線表示信號(hào)線相連。其中探測(cè)器6一般采用光電二極管探測(cè)器。
光源1采用寬譜連續(xù)半導(dǎo)體激光器，其譜寬在0.001nm至50nm之間，使激光譜內(nèi)覆蓋多個(gè)光腔本征模式?？臻g濾波和望遠(yuǎn)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(duì)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(zhǎng)L滿足0＜L＜2r且L≠r，共焦腔腔長(zhǎng)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(huì)聚后由探測(cè)器6接收。探測(cè)器6將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并同時(shí)輸出到觸發(fā)開(kāi)關(guān)電路7和示波器8。觸發(fā)開(kāi)關(guān)電路7用來(lái)比較設(shè)定的閾值和探測(cè)器6輸出信號(hào)振幅的大小。當(dāng)其輸出高于閾Vth1值時(shí)，觸發(fā)開(kāi)關(guān)電路7通過(guò)改變半導(dǎo)體激光器的激勵(lì)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(hào)。觸發(fā)開(kāi)關(guān)電路7同時(shí)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(hào)，并送入計(jì)算機(jī)9進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。計(jì)算機(jī)9擬合指數(shù)衰減信號(hào)得到直腔衰蕩時(shí)間τ1，擬合由單指數(shù)衰減函數(shù)y＝A*exp(-t/τ1)+B來(lái)完成；并計(jì)算得到腔鏡反射率R，計(jì)算腔鏡反射率由公式R＝exp(-L/cτ1)或R＝1-L/cτ1來(lái)完成，其中c為光速，L為腔長(zhǎng)。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(kāi)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(jìn)行調(diào)節(jié)。
如圖2所示，加入高反射測(cè)試鏡10后構(gòu)成折疊腔，可測(cè)量任意反射率大于99％的平面高反鏡的反射率。重復(fù)上述過(guò)程，當(dāng)探測(cè)器6輸出的信號(hào)振幅大于閾值Vth2時(shí)，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(hào)，由計(jì)算機(jī)9擬合得到折疊腔衰蕩時(shí)間τ2，再計(jì)算得到測(cè)試鏡反射率；或者直接擬合得到測(cè)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(shí)間τ2，再由Rx＝exp(L/cτ1-L/cτ2)計(jì)算得到測(cè)試鏡反射率Rx。本發(fā)明中最小測(cè)試角度由腔鏡直徑與腔長(zhǎng)的比值決定，測(cè)試角度范圍為1-85度，測(cè)試角度是指激光束相對(duì)于測(cè)試鏡的入射角。前面提及的指數(shù)衰減信號(hào)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(jì)算機(jī)存儲(chǔ)；而閾值Vth2可以由觸發(fā)開(kāi)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(jìn)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(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)如圖3所示，光源1采用連續(xù)半導(dǎo)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(kāi)關(guān)11，該快速光開(kāi)關(guān)11與計(jì)算機(jī)9相連，受計(jì)算機(jī)9控制。當(dāng)光腔輸出信號(hào)大于觸發(fā)開(kāi)關(guān)電路7設(shè)定的閾值時(shí)，觸發(fā)光開(kāi)關(guān)11關(guān)閉激光束。
權(quán)利要求
1.高反鏡反射率測(cè)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(duì)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(dāng)光腔輸出信號(hào)幅值高于設(shè)定的閾值Vth1時(shí)，觸發(fā)關(guān)閉激光束，此后光腔輸出信號(hào)呈指數(shù)衰減，由指數(shù)衰減信號(hào)擬合得到直腔衰蕩時(shí)間τ1，再計(jì)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(zhǎng)不變，在兩塊相同的平凹高反射腔鏡之間加入高反射測(cè)試鏡構(gòu)成折疊腔，當(dāng)折疊腔輸出信號(hào)幅值大于閾值Vth2時(shí)觸發(fā)關(guān)閉激光束，由指數(shù)衰減信號(hào)擬合得到折疊腔衰蕩時(shí)間τ2，再計(jì)算測(cè)試鏡反射率Rx，或者直接擬合得到測(cè)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(cè)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(cè)量方法，其特征在于所述連續(xù)激光采用連續(xù)半導(dǎo)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(cè)量方法，其特征在于所述步驟(2)中激光束相對(duì)于高反射測(cè)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(cè)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(kāi)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(cè)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(cè)量方法，其特征在于所述步驟(1)和(2)中的指數(shù)衰減信號(hào)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(cè)量方法，其特征在于所述步驟(1)和(2)中的指數(shù)衰減信號(hào)由數(shù)據(jù)采集卡采集并由計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高反鏡反射率測(cè)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(shí)現(xiàn)a.采用連續(xù)半導(dǎo)體激光器作光源，當(dāng)光腔輸出信號(hào)高于觸發(fā)開(kāi)關(guān)電路設(shè)定的閾值時(shí)，快速關(guān)閉半導(dǎo)體激光器的激勵(lì)電流或電壓；b.采用連續(xù)半導(dǎo)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(dāng)光腔輸出信號(hào)高于設(shè)定的閾值時(shí)，在激光器和輸入腔鏡之間采用快速光開(kāi)關(guān)關(guān)閉激光束；c.采用方波調(diào)制激光驅(qū)動(dòng)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(dāng)光腔輸出信號(hào)高于設(shè)定的閾值時(shí)，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(kāi)了一種高反鏡反射率的測(cè)量方法，屬于對(duì)光學(xué)元件參數(shù)進(jìn)行測(cè)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(duì)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(dāng)光腔輸出信號(hào)幅值高于設(shè)定的閾值時(shí)，關(guān)閉激光束，由指數(shù)衰減信號(hào)擬合得到直腔衰蕩時(shí)間τ
文檔編號(hào)G01N21/55GK1963435SQ20061016508
公開(kāi)日2007年5月16日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所