[发明专利]一种监测高反射光学元件在激光辐照下反射率实时变化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种监测光学元件在激光辐照下反射率实时变化的方法，特别涉及一种测量高反射率薄膜在激光辐照下反射率实时变化的方法。

背景技术

随着高功率激光技术及其应用范围的日益扩大，高反射率光学薄膜反射性能的重要性日益突出，以致反射率已成为光学薄膜不可缺少的性能指标。在复杂的大型激光系统中，高反射率光学元件的抗高功率激光辐照能力及其在高功率激光辐照下的性能稳定性与激光系统能否正常运行密切相关。只有定量地测出光学薄膜在高功率激光辐照下的反射率，才有可能为进一步提高光学薄膜质量开展相应的研究工作，其在高功率辐照环境中的反射率直接反应光学元件质量的高低，因而对光学薄膜反射率在高功率辐照环境中的测试也就成了亟待解决的技术问题。

对于反射率大于99.9％的光学元件反射率测量主要基于光腔衰荡技术(李斌成，龚元；光腔衰荡高反射率测量综述，《激光与光电子学进展》，2010，47：021203；Angela Duparre，Detlev Ristau；Optical Interference Coatings 2010 Measurement Problem，Appl.Opt.，2010，50：C172)。中国专利申请号98114152.8的发明专利“一种反镜高反射率的测量方法”，采用脉冲激光系统作光源。中国专利申请号200610011254.9的发明专利“一种高反镜反射率的测量方法”、中国专利申请号200610165082.0的发明专利“高反镜反射率的测量方法”、中国专利申请号200710098755.X的发明专利“基于半导体自混合效应的高反射率测量方法”、中国专利申请号200810102778.8的发明专利“基于频率选择性光反馈光腔衰荡技术的高反射率测量方法”以及中国专利申请号200810055635.4的发明专利“一种用于测量高反射率的装置”均使用连续光腔衰荡技术测量高反射率。光腔衰荡技术解决了高反射率光学元件反射率测量的问题，其反射率测量范围为98％～99.9999％甚至更高。

上述各种测量方法对光学薄膜反射率的测量都是在相对较弱的激光测试环境中，所测得的反射率结果不能反映光学元件在实际高功率激光辐照运行环境中的情况。为了能更好的评估高反射光学薄膜在高功率激光辐照环境中的在线工作性能，发展一种监测高反射光学元件在激光辐照下反射率实时变化的方法和装置是十分必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有高反射光学薄膜反射率测量方法的不足，提出了一种监测高反射光学元件在激光辐照下反射率实时变化的方法，该方法可以实时监测高反射光学元件在高功率激光辐照下反射率的实时变化情况，并具有结构简单，灵敏度高，实用性强等优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：根据光腔衰荡技术理论，首先由高反射镜组成一个初始光学谐振腔，测量初始光学谐振腔输出光腔衰荡信号，按单指数衰减函数拟合出初始光学谐振腔中探测激光束衰荡时间。然后在初始光学谐振腔中插入待测光学元件，构成一个测试光学谐振腔，用辐照激光照射待测光学元件，并不断增加辐照激光的能量密度或照射时间或总辐照脉冲次数，同时监测测试光学谐振腔中探测激光束的衰荡时间。通过测试光学谐振腔中探测激光束衰荡时间的变化和初始光学谐振腔中探测激光束的衰荡时间即可计算出待测光学元件反射率的实时变化情况。

具体实现步骤如下：

(1)由与待测光学元件同波段的高反射镜组成一个初始光学谐振腔，将探测激光束入射到初始光学谐振腔，记录初始光学谐振腔输出的光腔衰荡信号，按单指数衰减函数拟合出探测激光束的衰荡时间τ₀。

(2)将待测光学元件插入初始光学谐振腔，构成测试光学谐振腔。然后将辐照激光束按使用角度并聚焦到待测光学元件表面探测激光束位置，改变辐照激光束能量密度或辐照时间或辐照脉冲次数。同时记录测试光学谐振腔输出的光腔衰荡信号，按单指数衰减函数拟合出不同辐照激光束能量密度或辐照时间或总辐照脉冲次数下探测激光束的衰荡时间τ(n)，其中n代表辐照激光束能量密度或辐照时间或辐照脉冲次数。

(3)由τ₀和τ(n)计算出不同辐照激光束能量密度或辐照时间或总辐照脉冲次数下待测光学元件的反射率R(n)，待测光学元件反射率实时变化量ΔR_n＝R₀-R(n)，其中R₀为n＝0即辐照激光束未开启时待测光学元件反射率。

所述的初始光学谐振腔和测试光学谐振腔通过如下两种组合方式之一实现：