CN113984349A - 一种测量大口径平面光学元件表面平均高反射率的方法 - Google Patents

一种测量大口径平面光学元件表面平均高反射率的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113984349A
CN113984349A CN202111284616.2A CN202111284616A CN113984349A CN 113984349 A CN113984349 A CN 113984349A CN 202111284616 A CN202111284616 A CN 202111284616A CN 113984349 A CN113984349 A CN 113984349A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cavity
ring
optical element
high reflectivity
measuring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111284616.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113984349B (zh
Inventor
何星
田中州
王帅
赖柏衡
赵旺
杨平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Optics and Electronics of CAS
Original Assignee
Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Optics and Electronics of CAS filed Critical Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority to CN202111284616.2A priority Critical patent/CN113984349B/zh
Publication of CN113984349A publication Critical patent/CN113984349A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113984349B publication Critical patent/CN113984349B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G01M11/0228—Testing optical properties by measuring refractive power

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明提供一种测量大口径平面光学元件表面平均高反射率的方法，将特定口径的单色平行光束注入平行平面型初始腔，利用探测器记录初始腔衰荡信号，提取初始腔光腔衰荡时间常数t0；在初始腔中加入待测大口径光学元件构成折叠型测试腔，提取测试腔衰荡时间常数t1，结合初始腔腔长L0及测试腔腔长L1计算待测大口径光学元件在特定口径内的平均高反射率数值Rx。本发明测量大口径平面光学元件表面平均高反射率的方法可一次性获取大口径光学元件在特定口径内的平均反射率结果，相比于传统点测量的方式，可提升测量口径，缩短测量时间，并减少点测量选取位置随机性引起的误差，获得更接近膜系工作状态的测量结果。

Description

一种测量大口径平面光学元件表面平均高反射率的方法
技术领域
本发明涉及光腔衰荡技术领域，具体涉及一种测量大口径平面光学元件表面平均高反射率的方法，可一次性获取大口径光学元件在特定口径内的平均反射率结果。
背景技术
近年来，高反射率元件(R>99.9％)在引力波探测、激光陀螺、高精度吸收光谱检测和大型激光系统中取得了越来越广泛的应用，同时，高反射元件的反射率也越来越高。国内外现有报道的最高反射率光学元件已达99.99984％(G.Rempe,R.J.Thompson,H.J.Kimble.Measurement ofultralow losses in an opticalinterferometer.Opt.Lett.,1992,17(5):363-365.)。随着高反射率元件的广泛应用和高反射膜系镀制工艺的发展进步，精确测量高反射率变得尤为重要。国内外研究现状表明，光腔衰荡(Cavity ring-down，CRD)技术是目前唯一能精确测量高反射率的方法(李斌成,龚元.光腔衰荡高反射率测量技术综述.激光与光电子学进展,2010,47:021203-1.)。中国专利申请号200610165082.0的发明专利“高反射率的测量方法”、中国专利申请号200710098755.X的发明专利“基于半导体自混合效应的高反射率测量方法”、中国专利申请号200810102778.8的发明专利“基于频率选择性光反馈光腔衰荡技术的高反射率测量方法”、中国专利申请号201010593093.5的发明专利“双波长高反射率测量方法”均使用光腔衰荡技术实现了多种应用场景下的高反镜反射率测量。
然而目前针对大口径平面光学元件的表面高反射率测量，仍然采用多点扫描测量的实施方式(中国专利申请号201210172475X发明专利“大口径反射光学元件高反射率扫描测量多波长集成方法”)，该种方式存在测量低效的不足。本发明针对这一问题，提出平行平面腔结合平行光束的光腔衰荡测量方法，可实现一定口径内高反射率平均值的一次性提取。相比于传统点测量的方式，本发明涉及方法可提升测量口径，缩短测量时间，并减少点测量选取位置随机性引起的误差，获得更接近膜系工作状态的测量结果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：目前针对大口径平面光学元件表面膜系高反射率的测量，仍然采用多点扫描的传统光腔衰荡测量方式，该种方式测量效率不高，而且需要大量抽样才能反映大口径平面光学元件在实际工作过程中的真实状态。
本发明要解决其技术问题所采用的技术方案是：一种测量大口径平面光学元件表面平均高反射率的方法，具体实现步骤如下：
步骤(1)、搭建平行平面型初始衰荡腔，向腔内注入单色平行光束，利用可变光阑选择合适的光束口径。单色平行光束可以为脉冲光束或连续光束。如果采用连续光束，需要在光源和衰荡腔之间加入光开关模块。光束注入后精密调节衰荡腔，测量腔长L0，利用探测器采集初始衰荡腔的光腔衰荡信号，提取光腔衰荡时间常数t0；
初始衰荡腔可以为两块平面高反射镜构成的直型衰荡腔，也可以为两块以上平面高反射镜构成的折叠型衰荡腔；可变光阑可以采用任意形状，如圆形、方形等。可变光阑通光区域外接圆直径小于腔镜口径。
如果注入的单色平行光束为脉冲光束，则在脉冲下降沿处采集光腔衰荡信号；如果注入的单色平行光束为连续光束，则在光开关将光束关断时刻开始采集光腔衰荡信号。
光腔衰荡时间常数提取方法可以采用光腔衰荡技术中任意一种光腔衰荡时间常数提取方法，例如非线性最小二乘拟合算法、加权线性最小二乘拟合算法等。
步骤(2)、在初始衰荡腔中根据待测光学元件入射角度要求加入待测光学元件，构成测试衰荡腔，向腔内注入经可变光阑调制的单色平行光束。精密调节衰荡腔，测量腔长L1，利用探测器采集测试衰荡腔的光腔衰荡信号，提取光腔衰荡时间常数t1；
步骤(2)中应保持可变光阑形状、位置等参数应与步骤(1)完全相同。
步骤(3)、由以上测量参数，根据公式Rx＝exp[(L0t1-L1t0)/(t1t0c)]计算待测光学元件高反射率数值，公式中c为真空中光速，c＝3·108m/s。
本发明的原理是：平行光束为平行平面腔的本征光束，理论上单色平行光束可在平行平面腔内自再现运行。本发明基于这一原理提出平行平面腔结合单色平行光束的光腔衰荡高反射率测量技术。
本发明与现有技术相比具有如下优点：本发明可实现一定口径内高反射率平均值的一次性提取。相比于传统点测量的方式，本发明涉及方法可提升测量口径，缩短测量时间，极大提高平均反射率的测量效率，并减少点测量选取位置随机性引起的误差，获得更接近膜系工作状态的测量结果。
附图说明
图1为本发明涉及的三腔镜折叠初始腔结构示意图；
图2为本发明涉及的三腔镜初始腔对应的测试腔结构示意图；
图3为本发明涉及的两腔镜直腔结构示意图；
图4为本发明涉及的两腔镜直腔初始腔对应的测试腔结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明的一种测量大口径光学元件表面平均高反射率的方法的具体实施方法如下：
步骤(1)搭建平行平面型初始衰荡腔，向腔内注入单色平行光束，利用可变光阑选择合适的光束口径。单色平行光束可以为脉冲光束或连续光束。如果采用连续光束，需要在光源和衰荡腔之间加入光开关模块。光束注入后精密调节衰荡腔，测量腔长L0，利用探测器采集初始衰荡腔的光腔衰荡信号，提取光腔衰荡时间常数t0；
本实施例中，初始衰荡腔为M1、M2、M3构成的三腔镜折叠腔，如图1所示，腔镜口径为
Figure BDA0003332384130000031
可变光阑形状为圆形，通光口径
Figure BDA0003332384130000032
实施例所用单色平行光束为连续光束，利用函数发生卡产生100Hz方波对平行光源进行调制。在方波下降沿采集光腔衰荡信号，利用非线性最小二乘拟合算法提取光腔衰荡时间常数。
步骤(2)、在初始衰荡腔中根据待测光学元件入射角度要求加入待测光学元件Mx，构成测试衰荡腔，如图2所示，向腔内注入经可变光阑调制的单色平行光束。精密调节衰荡腔，测量腔长L1，利用探测器采集测试衰荡腔的光腔衰荡信号，提取光腔衰荡时间常数t1；
本实施例中，可变光阑位置及口径在测量全过程均保持不变。
步骤(3)、由以上测量参数，根据公式Rx＝exp[(L0t1-L1t0)/(t1t0c)]计算待测光学元件高反射率数值，公式中c为真空中光速，c＝3·108m/s。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种测量大口径平面光学元件表面平均高反射率的方法，其特征在于，实现步骤如下：
步骤(1)、搭建平行平面型初始衰荡腔，向初始衰荡腔内注入单色平行光束，利用可变光阑选择合适的光束口径；单色平行光束可以为脉冲光束或连续光束；如果采用连续光束，需要在光源和衰荡腔之间加入光开关模块；光束注入后精密调节初始衰荡腔，测量腔长L0，利用探测器采集初始衰荡腔的光腔衰荡信号，提取光腔衰荡时间常数t0；
步骤(2)、在初始衰荡腔中根据待测光学元件入射角度要求加入待测光学元件，构成测试衰荡腔，向测试衰荡腔内注入经可变光阑调制的单色平行光束；精密调节测试衰荡腔，测量腔长L1，利用探测器采集测试衰荡腔的光腔衰荡信号，提取光腔衰荡时间常数t1；
步骤(3)、根据公式Rx＝exp[(L0t1-L1t0)/(t1t0c)]计算待测光学元件高反射率数值，公式中c为真空中光速，c＝3·108m/s。
2.根据权利要求1所述的一种测量大口径平面光学元件表面平均高反射率的方法，其特征在于：步骤(1)所述的初始衰荡腔可以为两块平面高反射镜构成的直型衰荡腔，也可以为两块以上平面高反射镜构成的折叠型衰荡腔。
3.根据权利要求1所述的一种测量大口径平面光学元件表面平均高反射率的方法，其特征在于：步骤(1)所述的可变光阑可以采用任意形状，包括圆形、方形及其它几何形状，可变光阑通光区域外接圆直径小于腔镜口径。
4.根据权利要求1所述的一种测量大口径平面光学元件表面平均高反射率的方法，其特征在于：步骤(1)和步骤(2)所述的光腔衰荡信号采集方法为：如果注入的单色平行光束为脉冲光束，则在脉冲下降沿处采集光腔衰荡信号；如果注入的单色平行光束为连续光束，则在光开关将光束关断时刻开始采集光腔衰荡信号。
5.根据权利要求1所述的一种测量大口径平面光学元件表面平均高反射率的方法，其特征在于：步骤(1)和步骤(2)所述的光腔衰荡时间常数提取方法可以采用光腔衰荡技术中任意一种光腔衰荡时间常数提取方法，包括非线性最小二乘拟合算法、加权线性最小二乘拟合算法以及其它的提取算法。
6.根据权利要求1所述的一种测量大口径平面光学元件表面平均高反射率的方法，其特征在于：步骤(2)中可变光阑的外形及安装位置与步骤(1)完全相同。
CN202111284616.2A 2021-11-01 2021-11-01 一种测量大口径平面光学元件表面平均高反射率的方法 Active CN113984349B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111284616.2A CN113984349B (zh) 2021-11-01 2021-11-01 一种测量大口径平面光学元件表面平均高反射率的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111284616.2A CN113984349B (zh) 2021-11-01 2021-11-01 一种测量大口径平面光学元件表面平均高反射率的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113984349A true CN113984349A (zh) 2022-01-28
CN113984349B CN113984349B (zh) 2023-12-22

Family

ID=79745505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111284616.2A Active CN113984349B (zh) 2021-11-01 2021-11-01 一种测量大口径平面光学元件表面平均高反射率的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113984349B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116007908A (zh) * 2023-03-27 2023-04-25 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 大口径平板元件高透反射率及不均匀性测量装置及方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5519491A (en) * 1991-10-31 1996-05-21 Leica Ag Process for measuring the inclination of boundary areas in an optical system using interferometry to extract reflections from disturbance-generating boundary areas
JP2005331481A (ja) * 2004-05-21 2005-12-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 屈折率分布測定方法
CN103616164A (zh) * 2013-11-28 2014-03-05 中国科学院光电技术研究所 一种基于脉冲激光光源的反射率/透过率综合测量方法
CN104792501A (zh) * 2015-04-24 2015-07-22 中国科学院光电技术研究所 一种光腔衰荡高反射率测量的数据处理方法
CN106441817A (zh) * 2016-11-04 2017-02-22 电子科技大学 一种用于光学元件反射率/透过率测量的综合测量装置
CN106556576A (zh) * 2016-11-04 2017-04-05 电子科技大学 一种基于光腔衰荡技术同时测量高反射/高透射光学元件的反射率和透过率的方法
CN106768855A (zh) * 2016-11-14 2017-05-31 中国电子科技集团公司第四十研究所 一种大口径辐射计的光谱响应度测量装置及方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5519491A (en) * 1991-10-31 1996-05-21 Leica Ag Process for measuring the inclination of boundary areas in an optical system using interferometry to extract reflections from disturbance-generating boundary areas
JP2005331481A (ja) * 2004-05-21 2005-12-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 屈折率分布測定方法
CN103616164A (zh) * 2013-11-28 2014-03-05 中国科学院光电技术研究所 一种基于脉冲激光光源的反射率/透过率综合测量方法
CN104792501A (zh) * 2015-04-24 2015-07-22 中国科学院光电技术研究所 一种光腔衰荡高反射率测量的数据处理方法
CN106441817A (zh) * 2016-11-04 2017-02-22 电子科技大学 一种用于光学元件反射率/透过率测量的综合测量装置
CN106556576A (zh) * 2016-11-04 2017-04-05 电子科技大学 一种基于光腔衰荡技术同时测量高反射/高透射光学元件的反射率和透过率的方法
CN106768855A (zh) * 2016-11-14 2017-05-31 中国电子科技集团公司第四十研究所 一种大口径辐射计的光谱响应度测量装置及方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杜星湖 等: "基于耦合光腔衰荡技术的高反射率测量", vol. 47, no. 6 *
薛颖 等: "D1-基于透射光斑形态监测的光腔衰荡调腔方法", vol. 47, no. 5, pages 1 - 4 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116007908A (zh) * 2023-03-27 2023-04-25 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 大口径平板元件高透反射率及不均匀性测量装置及方法
CN116007908B (zh) * 2023-03-27 2023-06-02 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 大口径平板元件高透反射率及不均匀性测量装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113984349B (zh) 2023-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7679750B2 (en) Cavity ring-down apparatus and method for measuring reflectivity of highly reflective mirrors
CN106841106B (zh) 一种基于腔衰荡光谱技术的双组分痕量气体浓度测量装置
CN107132029B (zh) 一种同时测量高反射/高透射光学元件的反射率、透过率、散射损耗和吸收损耗的方法
CN105911020A (zh) 一种基于光腔衰荡光谱技术同时测量多组分气体的方法
CN105651703B (zh) 一种基于腔长改变的光腔衰荡气体消光系数测量方法
CN103616164A (zh) 一种基于脉冲激光光源的反射率/透过率综合测量方法
CN1963435A (zh) 高反镜反射率测量方法
CN106556576A (zh) 一种基于光腔衰荡技术同时测量高反射/高透射光学元件的反射率和透过率的方法
CN110411650B (zh) 基于光频梳的真空测量方法
CN106872400B (zh) 一种宽波段可调谐光腔衰荡光谱仪
CN108287058B (zh) 校正高功率激光器m2测量系统热形变的装置及方法
CN103439294B (zh) 角度调制与波长调制spr共用系统
CN113984349A (zh) 一种测量大口径平面光学元件表面平均高反射率的方法
JP4403272B2 (ja) 分光計測方法及び分光計測装置
CN109580182A (zh) 基于布儒斯特定律的曲面光学元件折射率测量方法和装置
CN103454074A (zh) 一种小孔径高反镜反射率测量方法
CN105203223A (zh) 一种基于cars光谱测量一维扫描火焰温度的装置
CN116735513A (zh) 一种可测定光学腔反射率的免标定腔增强吸收光谱方法
CN114264631B (zh) 一种大气二氧化氮浓度及光解反应激光双光谱检测系统和方法
CN103471815A (zh) 一种同时测量高反镜s和p偏振光反射率的方法
CN106404695B (zh) 分光光度计
CN110319941A (zh) 以微晶玻璃为倍频介质的基于横向倍频的超短脉冲探测器
CN109489939B (zh) 一种高反光学元件的s、p偏振反射率及相位差高精度同时测量方法
CN1317543C (zh) 猫眼折叠腔位移自传感氦氖激光器系统
CN113465719B (zh) 一种同时测量流体音速与折射率的方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant