DE3914666A1 - Verfahren zur messung der optischen verluste von optischen bauelementen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiges Verfahren ist aus den Werbeunterlagen von Deacon Research, 900 Welch Road Suite 203, Palo Alto, California 94304, No. (415) 326-1520 bekannt. Dort wird ein Laserimpuls durch einen Fabry-Perot-Resonator geschickt, in den der zu untersuchende Gegenstand eingebracht wird. Der Laserimpuls ist von kürzerer Dauer, als die Abklingzeit der Strahlung im Resonator. Die Abklingzeit hängt von den Verlusten und der Transmission des Resonators ab. Die Abklingzeit des Re­ sonators wird ausgewertet.

Bei den heutigen Lasern müssen Bauteile mit sehr kleinen Ver­ lusten und gleichzeitig hoher oder mittlerer Transmission ver­ wendet werden. Für das Meßverfahren bedeutet dies Lichtimpulse mit sehr kurzen Anstiegs- bzw. Abfallzeiten. Um dabei noch einen vernünftigen Meßbereich zu erhalten, sind hohe Anforderungen an die Auswerteelektronik zu stellen, da dann Abfallzeiten von Nanosekunden mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit ge­ messen werden müssen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ver­ luste von optischen Bauelementen mit geringerem Aufwand und den­ noch mit der für Laser erforderlichen Genauigkeit zu messen. Die­ se Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Dabei wird vorteilhaft die Halbwertbreite eines Maximums der längenbezogenen Intensität ausgewertet. Diese Art der Auswertung ermöglicht eine genaue Messung, da sie den steilsten Teil der Intensitätskurve nutzt. Ist das optische Element ein Spiegel, dann empfiehlt sich, daß dieser Spiegel als Resonatorspiegel in den Resonator eingesetzt wird. Ist das optische Element für die Strahlung der Lichtquelle durchlässig, so empfiehlt sich, daß das optische Element in den Strahlengang zwischen den Spiegeln des Resonators eingebracht wird.

Das Verfahren wird vorteilhaft so ausgeführt, daß der Spiegel durch das Stellglied über zwei oder mehrere Maxima der Inten­ sitätskurve bewegt und daß die Breite eines beliebigen der In­ tensitätsmaxima ausgewertet wird.

Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat das Merkmal, das über die Scanning-Geschwindigkeit der Meßbereich eingestellt wird.

Des Verfahren wird vorteilhaft in einer Vorrichtung durchgeführt, welche einen Fabry-Perot-Resonator, eine Lichtquelle und eine Auswerteeinheit enthält, bei der als Lichtquelle ein kontinuier­ lich arbeitender Laser vorgesehen ist und in der eine Anpassungs­ optik enthalten ist, welche den Gaußschen Strahl des Lasers an einen Gaußschen Strahl anpaßt, welcher im Interfermometer aus­ breitungsfähig ist.

Die Erfindung wird nun anhand einer Fig. näher erläutert. Sie ist nicht auf das in der Fig. gezeigte Beispiel beschränkt. Die Fig. zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch.

Ein Laser 1 enthält Laserspiegel 2 und 3. Diese bestimmen einen Gaußschen Strahl 9. Der Gaußsche Strahl 9 wird in einer Anpassungs­ optik 4 an einen im Resonator 10 ausbreitungsfähigen Gaußschen Strahl 11 angepaßt. Der Resonator 10 enthält Spiegel 5 und 6. In den Strahlengang des Resonators 10 ist das zu messende optische Bauelement 7 eingebracht, welches im dargestellten Fall eine Linse ist. Die Auswertschaltung 8 mißt die ankommende Strahlung.

Der Resonatorspiegel 6 wird durch ein elektromechanisches Element 12 in Pfeilrichtung hin und herbewegt. Dadurch entstehen Maxima und Minima der an der Auswertschaltung auftretenden Lichtinten­ sität. Die Lage der Maxima und Minima ist bei der vorliegenden Meßmethode ohne Bedeutung. Ausgewertet wird vielmehr die Breite, vorzugsweise Halbwertbreite der Maxima oder wahlweise auch der Minima. Diese Breite ist abhängig von den Verlusten im Resonator 10 und im optischen Bauelement 7. Die Verluste des Resonators 10 lassen sich ermitteln und von den Gesamtverlusten abziehen. In diesem Fall gibt die verbleibende Verbreiterung der Kurve der längenbezogenen Intensität ein Maß für die Verluste im optischen Bauelement 7. Diese Ausführungsform der Erfindung eignet sich für alle optischen Bauelemente, die für die eingestrahlte Strah­ lung durchlässig sind.

Spiegel werden vorteilhaft getestet, indem sie an die Stelle ei­ nes des Spiegel 5 oder 6 des Resonators gesetzt werden und die Breite der Intensitätskurve zu der des Originalresonators in Beziehung gesetzt wird.

Dabei ist keine Stabilisierung des Interfermometers auf ein be­ stimmtes Intensitätsmaximum notwendig. Es genügt, die Breite eines beliebigen Maximums auszuwerten. Außerdem ermöglicht die Einstellung der Scan-Geschwindigkeiten die Veränderung des Meß­ bereiches. Aus diesen beiden Gründen kann die Meßelektronik re­ lativ einfach gestaltet werden.

Die Meßmethode eignet sich für verschiedenste optische Bauele­ mente, z.B. Spiegel, Kapillaren, Fenster, Schichten.

Claims (6)

1. Verfahren zur Messung der optischen Verluste von optischen Bauelementen, bei dem das oder die Bauelemente in den Strahlen­ gang eines Fabry-Perot-Resonators eingebracht werden und bei dem von einer Lichtquelle in den Fabry-Perot-Resonator Licht eingestrahlt und das dort veränderte Licht ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Scanning- Fabry-Perot-Resonator verwendet wird, bei dem durch Änderungen der Resonatorlänge schwankende Intensitätswerte der Lichtstrah­ lung erzeugt werden, daß durch ein Stellglied ein Spiegel des Resonators über zumindest ein Maximum und ein Minimum der Inten­ sitätswerte bewegt wird, daß die so erhaltene Intensitätskurve aufgezeichnet wird und daß die Breite an einer festgelegten Stel­ le der Intensitätskurve gemessen und als Maß der optischen Ver­ luste ausgewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halb­ wertsbreite eines Maximums der Intensitätskurve ausgewertet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element ein Spiegel ist und daß dieser Spiegel als Resonator­ spiegel in den Resonator eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element für die Strahlung der Lichtquelle durchlässig ist und daß es in den Strahlengang zwischen den Spiegeln des Resonators eingebracht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel durch das Stellglied über zwei oder mehr Maxima der Intensitäts­ kurve bewegt wird und daß die Breite eines beliebigen Intensitäts­ maximums ausgewertet wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Fabry-Perot-Resonator, einer Lichtquelle und einer Auswerteinheit, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Lichtquelle einen kontinuierlich arbeitenden Laser einhält und daß sie eine Anpassungsoptik umfaßt, welche den Gaußschen Strahl des Lichtes an einen Gaußschen Strahl anpaßt, welcher im Resonator ausbreitungsfähig ist.