[發明專利]一種監測高反射光學元件在激光輻照下反射率實時變化的方法

有效

• 申請號: 201110097943.7
• 申請日: 2011-04-19
• 公開（公告）號: CN102252828A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 李斌成;曲哲超;韓艷玲
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;賈玉忠

技術領域

本發明涉及一種監測光學元件在激光輻照下反射率實時變化的方法，特別涉及一種測量高反射率薄膜在激光輻照下反射率實時變化的方法。

背景技術

隨著高功率激光技術及其應用范圍的日益擴大，高反射率光學薄膜反射性能的重要性日益突出，以致反射率已成為光學薄膜不可缺少的性能指標。在復雜的大型激光系統中，高反射率光學元件的抗高功率激光輻照能力及其在高功率激光輻照下的性能穩定性與激光系統能否正常運行密切相關。只有定量地測出光學薄膜在高功率激光輻照下的反射率，才有可能為進一步提高光學薄膜質量開展相應的研究工作，其在高功率輻照環境中的反射率直接反應光學元件質量的高低，因而對光學薄膜反射率在高功率輻照環境中的測試也就成了亟待解決的技術問題。

對于反射率大于99.9％的光學元件反射率測量主要基于光腔衰蕩技術(李斌成，龔元；光腔衰蕩高反射率測量綜述，《激光與光電子學進展》，2010，47：021203；Angela?Duparre，Detlev?Ristau；Optical?Interference?Coatings?2010?Measurement?Problem，Appl.Opt.，2010，50：C172)。中國專利申請號98114152.8的發明專利“一種反鏡高反射率的測量方法”，采用脈沖激光系統作光源。中國專利申請號200610011254.9的發明專利“一種高反鏡反射率的測量方法”、中國專利申請號200610165082.0的發明專利“高反鏡反射率的測量方法”、中國專利申請號200710098755.X的發明專利“基于半導體自混合效應的高反射率測量方法”、中國專利申請號200810102778.8的發明專利“基于頻率選擇性光反饋光腔衰蕩技術的高反射率測量方法”以及中國專利申請號200810055635.4的發明專利“一種用于測量高反射率的裝置”均使用連續光腔衰蕩技術測量高反射率。光腔衰蕩技術解決了高反射率光學元件反射率測量的問題，其反射率測量范圍為98％～99.9999％甚至更高。

上述各種測量方法對光學薄膜反射率的測量都是在相對較弱的激光測試環境中，所測得的反射率結果不能反映光學元件在實際高功率激光輻照運行環境中的情況。為了能更好的評估高反射光學薄膜在高功率激光輻照環境中的在線工作性能，發展一種監測高反射光學元件在激光輻照下反射率實時變化的方法和裝置是十分必要的。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服現有高反射光學薄膜反射率測量方法的不足，提出了一種監測高反射光學元件在激光輻照下反射率實時變化的方法，該方法可以實時監測高反射光學元件在高功率激光輻照下反射率的實時變化情況，并具有結構簡單，靈敏度高，實用性強等優點。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：根據光腔衰蕩技術理論，首先由高反射鏡組成一個初始光學諧振腔，測量初始光學諧振腔輸出光腔衰蕩信號，按單指數衰減函數擬合出初始光學諧振腔中探測激光束衰蕩時間。然后在初始光學諧振腔中插入待測光學元件，構成一個測試光學諧振腔，用輻照激光照射待測光學元件，并不斷增加輻照激光的能量密度或照射時間或總輻照脈沖次數，同時監測測試光學諧振腔中探測激光束的衰蕩時間。通過測試光學諧振腔中探測激光束衰蕩時間的變化和初始光學諧振腔中探測激光束的衰蕩時間即可計算出待測光學元件反射率的實時變化情況。

具體實現步驟如下：

(1)由與待測光學元件同波段的高反射鏡組成一個初始光學諧振腔，將探測激光束入射到初始光學諧振腔，記錄初始光學諧振腔輸出的光腔衰蕩信號，按單指數衰減函數擬合出探測激光束的衰蕩時間τ₀。

(2)將待測光學元件插入初始光學諧振腔，構成測試光學諧振腔。然后將輻照激光束按使用角度并聚焦到待測光學元件表面探測激光束位置，改變輻照激光束能量密度或輻照時間或輻照脈沖次數。同時記錄測試光學諧振腔輸出的光腔衰蕩信號，按單指數衰減函數擬合出不同輻照激光束能量密度或輻照時間或總輻照脈沖次數下探測激光束的衰蕩時間τ(n)，其中n代表輻照激光束能量密度或輻照時間或輻照脈沖次數。

(3)由τ₀和τ(n)計算出不同輻照激光束能量密度或輻照時間或總輻照脈沖次數下待測光學元件的反射率R(n)，待測光學元件反射率實時變化量ΔR_n＝R₀-R(n)，其中R₀為n＝0即輻照激光束未開啟時待測光學元件反射率。

所述的初始光學諧振腔和測試光學諧振腔通過如下兩種組合方式之一實現：