CN111141707A - 一种高反射光学元件反射率分布高分辨成像测量的方法 - Google Patents

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李斌成
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity

Abstract

本发明公开了一种高反射光学元件反射率分布高分辨成像测量的方法，在光腔衰荡高反射光学元件反射率扫描成像装置中加入聚焦透镜使入射到被测高反射光学元件表面的探测激光束尺寸减小，从而实现提高成像分辨率的目的。本方法保留了传统光腔衰荡高反射率分布成像系统高灵敏度的优点，并极大地提高了成像空间分辨率，使高反射光学元件微小尺度缺陷分布的高分辨成像成为可行。

Description

一种高反射光学元件反射率分布高分辨成像测量的方法
技术领域
本发明涉及光学元件检测领域，特别涉及一种高反射光学元件反射率分布高分辨成像测量的方法。
背景技术
高反射光学元件在高功率激光、引力波探测、高精细度激光腔、痕量气体传感、光学原子钟等领域有广泛应用，在这些应用中高反射光学元件中的缺陷对系统性能会产生重要影响，同时缺陷也是衡量高反射光学元件质量的一个重要指标。对于高反射光学元件而言，缺陷，特别是尺度小至微米的微小缺陷由于镀膜工艺的限制而不可避免，因此准确、高分辨测量这些缺陷对降低高反射光学元件中的微小尺度缺陷密度、提高光学元件整体性能尤为重要。光腔衰荡技术作为一种高灵敏的微弱损耗测试技术，可用于测量高反射光学元件反射率的微小变化，从而检测高反射光学元件的缺陷。与其他的缺陷检测方法相比，光腔衰荡技术直接测量反射率的微小变化，因此特别适用于高反射光学元件反射率缺陷的检测，直接面向高反射光学元件应用中可能存在的问题。
然而，传统光腔衰荡技术测量高反射光学元件反射率均匀性(成像)时对照射到被测光学元件表面的激光束光斑尺寸没有控制，光斑尺寸一般在零点几毫米到几毫米，这样对高反射光学元件微米尺度的缺陷难以分辨。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：如何在保留传统光腔衰荡技术高灵敏度优点的同时，提高反射率单点探测的空间分辨率，使高反射光学元件微小缺陷的高分辨检测成为可行。
为实现上述目的，本发明提出一种高反射光学元件反射率分布高分辨成像测量的方法，其特征在于：由平面耦合腔镜、凹面高反射腔镜和被测平面高反射光学元件组成折叠衰荡光腔，激光器输出的激光束经模式匹配透镜组整形后从耦合光腔进入衰荡光腔，通过探测从凹面高反射腔镜输出的光腔衰荡信号实现对平面高反射光学元件反射率的测量；将一高增透透镜插入衰荡光腔中聚焦激光束于被测平面高反射光学元件表面，降低激光束在被测高反射光学元件表面的光斑尺寸，并将被测平面高反射光学元件放置于二维位移台上进行位置二维扫描，实现被测高反射光学元件反射率的高分辨二维扫描成像测量。
所述的高增透透镜在测量激光波长的透过率高于99.9％。
所述的高增透透镜的焦距根据成像分辨率要求确定，可以从0.001米到1米范围。
所述的高增透透镜位置由其焦距确定，调节透镜位置使激光器聚焦点位于被测高反射光学元件表面。
所述的激光器采用连续输出激光器，其输出强度由函数发生器进行方波调制，光腔衰荡信号在方波调制的下降沿探测。
本发明的有益效果是：在保留传统光腔衰荡技术高反射率测量灵敏度优点的同时，提高了光腔衰荡对高反射光学元件扫描成像测量时的单点空间分辨率，通过调节测量激光光斑尺寸大小，可对高反射光学元件实现高空间分辨的二维成像测量。
附图说明
图1为本发明的基于折叠型衰荡光腔的实验系统示意图。
图2为本发明的基于直型衰荡光腔的实验系统示意图。
具体实施方式
下面结合图1-2具体描述本发明提出的高反射光学元件反射率分布高分辨成像测量的方法。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，不应该理解成对本发明的限制。具体的实施方式如下：
在图1所示的基于折叠腔的实验构型中，由平面耦合腔镜、凹面高反射腔镜和被测平面高反射光学元件组成折叠衰荡光腔，激光器输出的激光束经模式匹配透镜组整形后从耦合腔镜进入衰荡光腔，激光器输出的光束功率由函数发生器方波调制，从凹面高反射腔镜输出的光信号经透镜聚焦后由光电探测器探测，探测器输出的光腔衰荡信号经数据处理获得被测高反射光学元件反射率。为了提高反射率测量的空间分辨率，将一高增透透镜插入衰荡光腔中聚焦激光束于被测平面高反射光学元件表面，降低激光束在被测高反射光学元件表面的光斑尺寸，并将被测平面高反射光学元件放置于二维位移台上进行位置二维扫描，实现被测高反射光学元件反射率的高分辨二维扫描成像测量。
在图2所示的基于直腔的实验构型中，由凹面高反射腔镜和被测平面高反射光学元件组成直型衰荡光腔，激光器输出的激光束经模式匹配透镜组整形后从凹面腔镜进入衰荡光腔，从被测光学元件输出的光信号经透镜聚焦后由光电探测器探测并获得被测高反射光学元件反射率。衰荡光腔中的高增透透镜提高了扫描成像测量的空间分辨率。
总之，本发明提出了一种透镜聚焦与光腔衰荡技术结合提高光腔衰荡技术测量空间分辨率的方法，可望在极高性能高反射率光学元件的微小缺陷检测成像得到应用。

Claims (5)

1.一种高反射光学元件反射率分布高分辨成像测量的方法，其特征在于：由平面耦合腔镜、凹面高反射腔镜和被测平面高反射光学元件组成折叠衰荡光腔，激光器输出的激光束经模式匹配透镜组整形后从耦合光腔进入衰荡光腔，通过探测从凹面高反射腔镜输出的光腔衰荡信号实现对平面高反射光学元件的反射率进行测量；将一高增透透镜插入衰荡光腔中聚焦激光束于被测平面高反射光学元件表面，降低激光束在被测高反射光学元件表面的光斑尺寸，并将被测平面高反射光学元件放置于二维位移台上进行位置二维扫描，实现被测高反射光学元件反射率的高分辨二维扫描成像。
2.根据权利要求1所述的一种高反射光学元件反射率分布高分辨成像测量的方法，其特征在于：插入光腔中的高增透透镜在激光波长的透过率高于99.9％。
3.根据权利要求1所述的一种高反射光学元件反射率分布高分辨成像测量的方法，其特征在于：插入光腔中的高增透透镜的焦距根据成像分辨率要求确定，可以从0.001米到1米范围。
4.根据权利要求1所述的一种高反射光学元件反射率分布高分辨成像测量的方法，其特征在于：插入光腔中的高增透透镜位置由其焦距确定，调节透镜位置使激光器聚焦点位于被测高反射光学元件表面。
5.根据权利要求1所述的一种高反射光学元件反射率分布高分辨成像测量的方法，其特征在于：激光器采用连续输出激光器，其输出强度由函数发生器进行方波调制，光腔衰荡信号在方波调制的下降沿探测。
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