[發明專利]一種用于檢測光學元件弱吸收的裝置及方法

在審

• 申請號: 201410853727.4
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN104502068A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 郝明明;汪麗娜;路國光;黃云;恩云飛;岳龍
• 申請（專利權）人: 工業和信息化部電子第五研究所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司44224
• 代理人: 謝偉

技術領域

本發明涉及光學元件吸收率的測量技術領域，特別是涉及一種用于檢測光學元件弱吸收的裝置及方法。

背景技術

高能激光器的發展要求有非常高質量的光學薄膜，而光學薄膜對光的弱吸收是限制高能激光器發展的主要因素之一，且影響光學薄膜的光學質量，更會造成激光在薄膜內的熱沉積。特別是在高功率激光作用下，即使光學薄膜十分微弱的吸收，其也足以導致薄膜元件的災難性破壞。研究發現，導致破壞的吸收一部分來自于薄膜的本征吸收，更大程度來源于光學薄膜中的雜質、缺陷引起的局部額外強吸收。因而，有必要對光學薄膜的平均吸收及局部吸收進行精確、快速、實時地檢測，以為光學薄膜吸收損耗的降低、損傷閾值的提高以及高質量的制備提供重要的理論依據。

光學薄膜吸收率的測量技術主要有：光熱輻射技術、激光量熱技術、表面熱透鏡技術、光聲光譜技術和光熱偏轉技術。其中，光熱偏轉技術是近年來發展起來的新型熱波探測技術，并已廣泛用于研究光學薄膜的吸收特性。光熱偏轉技術具有靈敏度高，實驗裝置相對簡單，易于實現，可對高腐蝕性樣品進行非接觸檢測，以及能區分體吸收和面吸收等許多優點，其已成為測量光學薄膜弱吸收及激光損傷機理研究的重要手段之一。然而，由于光熱偏轉技術的探測光束尺寸小于泵浦光束，其測量結果很大程度上依賴于探測光斑相對于泵浦光斑的位置，因此，這種方法盡管有較高的靈敏度，調節卻比較困難，而且系統穩定性也相對較差，已經越來越不能滿足測試手段實用化的要求。為此，在原有的光熱探測技術基礎上，人們又提出了一種新型的熱波探測技術——表面熱透鏡技術，采用光斑尺寸大于泵浦光束的高斯型探測光進行測量，從而有效地提高了系統穩定性，降低了調整難度。由于表面熱透鏡技術保持了與光熱偏轉技術相同的檢測靈敏度，因此，在實際科研工作中，日益受到青睞。

然而，目前使用最多的表面熱透鏡技術測試光學薄膜弱吸收的光學結構，包括：泵浦激光(Pump?laser)，其作用是使薄膜加熱發生熱變形；功率調節器(Attenuater)，其作用是調節泵浦激光功率的大小；斬波器(Chopper)，其作用是調制泵浦激光的強度；第一聚焦鏡，用于將激光匯聚到樣品上；位移臺(Stage)，主要是用來移動樣品；第二聚焦鏡，用于將探測激光(Probe?laser)匯聚到泵浦激光作用到樣品的位置；濾光片，作用是過濾雜散光，減小他們對實驗結果的影響；光纖(fiber)，用于將帶有薄膜形變信息的光信號傳導到光探測器(Photo?detector)上。由于表面熱透鏡檢測技術中探測光強的變化量通常十分微小，經光電換能器所轉換成的電信號更加微弱，有時幾乎完全被淹沒在噪聲中。為把探測光信號從噪聲中提取出來，必須采用相應的弱信號檢測儀器。光熱檢測中，常用的模擬弱信號檢測儀器為鎖相分析儀和Boxcar積分器，其增大了系統結構的復雜性。

發明內容

基于此，本發明在于克服現有技術的缺陷，提供一種結構簡單、測試精度高的用于檢測光學元件弱吸收的裝置及方法。

其技術方案如下：一種用于檢測光學元件弱吸收的裝置，包括探測激光器、光電接收器，設置在所述探測激光器與所述光電接收器之間的第一分光元件、反射鏡、第二分光元件，所述第一分光元件、第二分光元件、反射鏡與光學元件處于同一平面；所述第一分光元件、反射鏡、第二分光元件、光學元件圍成平行四邊形，且依次處于平行四邊形的四個頂點；還包括用于產生激勵光的激勵結構，所述光學元件的表面與所述激勵結構相對設置。

本發明還提供一種用于檢測光學元件弱吸收的方法，包括如下步驟：用第一分光元件將探測激光器發出的第一激光束分成第二激光束與第三激光束；將第二激光束經光學元件表面偏轉后與所述第三激光束進行合束得到第四激光束；將所述第四激光束中的雜散光濾掉后被光電探測器接收；用激勵光照射光學元件表面，并用所述光電探測器得到所述第二激光束與所述三激光束間的干涉圖樣；根據干涉圖樣分析所述光學元件的弱吸收率。

下面對技術方案進一步說明：

在其中一個實施例中，所述第一分光元件、反射鏡、第二分光元件、光學元件圍成矩形，所述探測激光器的探測光入射到第一分光元件的夾角為45°。

在其中一個實施例中，所述激勵結構包括泵浦激光器、聚焦鏡，所述聚焦鏡設置在所述泵浦激光器與所述光學元件之間。

在其中一個實施例中，所述泵浦激光器與所述聚焦鏡之間依次設置有可變衰減器、斬波器。

在其中一個實施例中，所述探測激光器的發射端與所述第一分光元件之間設置有可變光闌。