[發明專利]一種基于腔損耗建模的光腔衰蕩高反射率測量方法

在審

• 申請號: 202111414152.2
• 申請日: 2021-11-25
• 公開（公告）號: CN114136926A
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 田中州;何星;王帥;楊平;許冰
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01N21/55
• 分類號: G01N21/55;G06F30/20;G06F111/04;G06F111/10
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 江亞平

本發明公開了一種基于腔損耗建模的光腔衰蕩高反射率測量方法，該方法包括：搭建衰蕩腔，建立腔參數失調量與腔損耗之間的映射關系模型，篩選優化后的腔損耗，用于完成待測光學元件的高反射率測量。本方法分別通過初始衰蕩腔和測試衰蕩腔的腔損耗建模，可獲取腔損耗優化數值，相比于傳統調腔方法，可顯著降低衰蕩腔相對失調量，減小傳統方法因陷入腔損耗局部極值引起的測量誤差，從而有效提高待測光學元件高反射率測量的測量重復性精度，獲得準確度和可靠度更高的高反射率測量結果。

技術領域

本發明涉及光腔衰蕩技術領域，具體涉及一種基于腔損耗建模的光腔衰蕩高反射率測量方法。

背景技術

光腔衰蕩(Cavity ring-down，CRD)技術是一種基于高精細度無源諧振腔(衰蕩腔)的光學探測技術，已廣泛應用于痕量氣體檢測、高反射率測量、吸收光譜測量及光纖傳感等領域，是目前在以上技術領域中測量精度最高的方法。(Sanders V，“High-precisionreflectivity measurement technique for low-loss laser mirrors”，AppliedOptics，1977，16(1)：19-20；李斌成，龔元，光腔衰蕩高反射率測量技術綜述，《激光與光電子學進展》，2010，47：021203)。以高反射率測量為例，其基本工作流程為：搭建衰蕩腔，首先獲取初始腔腔損耗大小，然后將待測高反射率樣片作為腔鏡引入衰蕩腔內構成測試腔，通過監測腔損耗變化量即可計算得到待測樣片的反射率數值。由此過程可以看出，衰蕩腔的調腔精度對于高反射率測量結果影響顯著。但目前腔失調參數與腔損耗之間的映射關系并不明確，進而造成調腔過程中腔相對失調量亦不明晰。目前常見的腔損耗獲取標準是監測衰蕩腔透射信號峰值(Paldus B A，KachanovAA，“An historical overview ofcavity-enhanced method”，Canadian Journal ofPhysics，2005，83：975-999)和監測基橫模狀態下的衰蕩腔信號峰值(薛穎，杜星湖，何星等，基于透射光斑形態監測的光腔衰蕩調腔方法，《中國激光》，2020，47(5)：0504001)。但這兩種方式都未注意到特定諧振模式下存在多個不同腔損耗大小的腔狀態，且未探索研究腔損耗與腔參數失調量之間的關系模型，容易陷入腔損耗局部極值，測量重復性精度和可靠度有待提高。

因此，我們在搭建衰蕩腔的基礎上，通過建立腔參數失調量與腔損耗之間的映射關系模型，篩選優化的腔損耗，計算衰蕩腔相對損耗量，可得到測量重復性精度更高的待測樣片高反射率測量結果。同時，本方法相較于傳統方法的測量可靠度和穩定性也均有提升，為抑制衰蕩腔相對失調提供一種解決方案，也可為實現光腔衰蕩高反射率測量的儀器化和自動化提供有價值的參考。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：目前光腔衰蕩高反射率測量技術中腔參數失調量與腔損耗之間映射關系模型未知，腔損耗的獲取具有容易陷入局部極值，進而造成測量準確性和可靠性下降的缺點。針對這一問題，提供一種基于腔參數失調量與腔損耗之間映射關系模型的光腔衰蕩高反射率測量方法，能夠避免陷入腔損耗局部極值，有效提高測量重復性精度，測量結果具有更高的準確度和可靠度。

本發明要解決其技術問題所采用的技術方案是：搭建衰蕩腔，分別建立初始腔和測試腔腔參數失調量與腔損耗之間的映射關系模型，篩選優化的腔損耗，計算衰蕩腔相對損耗，完成高反射率待測樣片的反射率測量過程。

具體實現步驟如下：

步驟(1)、搭建衰蕩腔，確定腔損耗建模所需的模型輸入參數。

腔損耗模型輸入參數包括腔失調的各種參數，如腔鏡傾斜量、腔軸偏移量、腔長、腔鏡傾斜方向的維數等衰蕩腔參數。

步驟(2)、以模型輸入參數為變量，獲取相應腔損耗，構建腔損耗建模所需的模型輸出參數，建立腔參數失調量與腔損耗之間的映射關系模型。