CN114264453A - 一种提高高精度光学元件反射率/透射率的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种提高高精度光学元件反射率/透射率的测量方法，该方法基于分光光度计原理，使用伪随机码以及特定频率载波对单激光器光源进行调制，将分束镜分出的两束光分别作为测量光与参考光，经探测器收集，电路采样，相关累积处理最终得出光学元件反射率/透射率。与传统的测量方法相比，具有更高的信噪比和抗干扰能力，相关累积的算法也提高了检测精度。
Description
技术领域
本发明涉及光学检测的技术领域，尤其是提升高精度光学元件反射率/透射率的测量方法。
背景技术
随着科学技术的不断进步与发展，激光技术和薄膜技术得到迅速的发展。各个领域对于高精度光学元件的应用也越来越广泛，因此对于光学元件反射率/透射率的高精度检测技术也越来越迫切。
目前光学元件反射率/透过率的测量方法主要有分光光度法，激光比率测量法和光腔衰荡法。激光比率测量法对于光源的稳定度要求高，而且要求光学系统对于光的散射程度要小等，这一系列约束使得该方法虽然有较高精度，但无法普及。光腔衰荡法是目前公认能够测量超高反射率的唯一方法，其通过测量激光在谐振腔的衰荡特性来测量反射率，其局限在于测量范围，只有极高反射率的光学元件才适用该方法。分光光度计作为反射率/透过率测量最常用的方法，从原理上讲，其反射率/透射率测量主要通过测量反射光/透射光和入射光能量并计算其比值得到。该方法的检测限由激光光源的相对强度噪声、检测器在测量频率处的等效噪声功率与入射功率之比以及测量时间决定。如何抑制、减小这些影响，是分光光度法研究的重心。
发明内容
以鉴于此，为了研究高精度反射率/透射率测量技术，本发明采用国际标准ISO15368分光光度测量原理，提出了如下方法：
采用光强调制方法，除了传统的单一频率的调制信号之外，附加伪随机码调制(例如巴克码)减少激光器和检测器1/f噪声对测量的影响，提升抗干扰能力，以提高检测精度；
利用数字相关累积技术，很大程度抑制了噪声的影响，提高了检测精度；
通过双光路(参考光路和测量光路)的设计、双通道同步检测，进一步消除通带内光功率波动对测量的影响；
附图说明
图1为任意角度反射率分光光度测量系统示意图。
图2为任意角度透射率分光光度测量系统示意图。
图3为13位巴克码示例。
图4为13位巴克码自相关函数，横坐标为自相关函数时延序号，纵坐标为幅值
图5为13位巴克码与加噪之后的巴克码的互相关函数，横坐标为相关函数时延序号，纵坐标为幅值。
具体实施方式
为了更详细地阐述本发明的方案和优点，下面结合附图对本发明的方案作进一步描述。
采用分光光度原理对光学元件的反射率透射率的测量图分别如图一图二所示。
其中，激光器的波长可根据光学元件要求进行选择。
激光源的相对强度噪声、检测器的等效噪声都与检测频率相关，频率越高1/f噪声能量越低。为提高基于数字相关检测的系统检测精度，光信号工作频率越高越好，因此，系统采用调制器调制激光。在某一特定调制频率f的基础上，再附加伪随机码(如巴克码)的调制，增加信号的抗干扰能力以及检测能力。
光束转换单元优化了光束的参数以及对激光进行空间滤波，不仅确保了激光束进入光电探测器感光面，而且尽量减少了光学元件的散射。
双探测器带来的最大的问题是二者响应系数的不一致，因此系统设计了光路校准的方法，可以消除两光电探测器相应系数的影响。
信号发生电路由FPGA和DAC器件，产生调制信号。
信号采集电路由多通道的同步采样ADC及FPGA构成，实现信号的同步采集。
图4与图5，体现了检测信号在与参考信号做相关运算时，与参考信号自相关的差异。检测信息便可由此差异得出。
最终由数字相关处理单元进行数据处理并将计算的结果输出至计算机。
系统中的二维扫描平台还允许对光学元件进行面扫描，得到其反射率/透射率分布的信息。
Claims (4)
1.一种提高高精度光学元件反射率/透射率的测量方法，所述方法包括：获取光学元件反射率/透射率测量值，其中所述测量值是基于分光光度计原理，使用伪随机码以及载波调制的调制器对激光器光源进行调制，将分束镜分出的两束光分别作为测量光与参考光，经探测器收集，电路采样，相关累积处理最终得出光学元件反射率/透射率。
2.根据权利要求1所属的一种提高高精度光学元件反射率/透射率的测量方法，其特征在于，使用单激光光源，双光路分别作为测量光路与参考光路进行同步测量，对于激光器的功率稳定性要求大大降低。
3.根据权利要求1所属的一种提高高精度光学元件反射率/透射率的测量方法，其特征在于，使用调制器以特定频率的载波及伪随机码调制光信号。
4.根据权利要求1所属的一种提高高精度光学元件反射率/透射率的测量方法，其特征在于，使用相关累积处理，实现信号的有效积累，提高了系统的检测能力，可测量高精度反射率/透射率光学元件。
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