一种光腔衰荡高反射率测量的数据处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于测量光学元件参数的方法，特别涉及一种用于测量高反射光 学元件反射率的数据处理方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，高反射率薄膜光学元件在大型激光系统、激光陀螺、引力波测量和痕量 气体检测等领域得到了越来越广泛的应用。目前光腔衰荡技术是精确测量高反射光学元 件反射率的主要方法（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)。中国专利申请号98114152. 8的发明专利"一种反射镜高反射率的 测量方法"，采用脉冲激光系统作光源，入射到两块高反镜组成的光学谐振腔，光电探测器 在出射腔镜后接收光腔指数衰减信号，分别确定直腔衰荡时间T 1和折叠腔衰荡时间τ 2， 计算得到待测光学元件的反射率Rx。由于脉冲激光光束质量差、衰荡腔内存在模式竞争等 因素，测量精度受到限制，而且所使用的脉冲激光器造价高，系统成本高，不利于推广使用。 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"提出将连续激 光沿衰荡腔光轴入射，当光腔衰荡信号幅值大于设定的阈值时触发关闭激光束，探测指数 衰减信号并拟合得到腔镜和测试镜的反射率。该方法装置简单，精度高，但对整个系统的 准直要求很高，且必须对腔镜进行精密调节。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方法，连 续激光由方波调制并沿衰荡腔光轴入射，在调制方波的下降沿记录光腔衰荡信号，单指数 拟合得到衰荡时间，进而得到反射率结果，具有测量精度高、光路容易调节等优点。上述方 法均针对单点反射率测量，易亨瑜等提出的大口径反射率扫描系统（易亨瑜，彭勇，胡晓 阳；大口径元件反射率的镜面扫描精密测量系统，《强激光与粒子束》，2005, 17:1601)以 I. 315um的YAG激光器为光源实现了大口径反射光学元件直径方向的反射率扫描测量；中 国专利申请号201010608932. 6的发明专利"一种反射率综合测量方法"给出了反射率均匀 性测量方法；中国专利申请号201210172475. X的发明专利"大口径反射光学元件高反射率 扫描测量多波长集成方法"提出将多个不同波长的高反射率测量装置集成在一起，各波长 激光器共用一台二维位移系统，实现了一台测试仪器可以对多个波长处的高反射率二维成 像扫描测量。
[0003] 在这些反射率测量方法中，反射率均通过拟合衰荡信号获取衰荡时间得到，本专 利作为现有技术的完善和补充，提出了一种光腔衰荡高反射率测量的数据处理方法，通过 分析大口径反射元件反射率均匀性测试过程中待测光学元件不同位置反射率值与相应衰 荡信号幅值间的关系，利用数据处理方法，实现由衰荡信号幅值计算得到待测光学元件反 射率。同时还可分析得到光在衰荡腔来回反射时两次透射光间相位延迟的余弦值，用于判 断衰荡光腔调节状况。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题为：作为现有技术的完善和补充，提出了一种光腔衰荡 高反射率测量的数据处理方法，实现由衰荡信号幅值计算待测光学元件反射率。
[0005] 本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种光腔衰荡高反射率测量的数据 处理方法，其特征在于：基于光腔衰荡法测量高反射光学元件的反射率，记录多次反射率值 艮及相应的衰荡信号幅值A，令y = 1/A、x = Rx，利用二次多项式y = ad+aj+a#2对所记录数 据拟合得到各拟合系数和a2;据待测腔透射光强函数
【主权项】
1. 一种光腔衰荡高反射率测量的数据处理方法，其特征在于；基于光腔衰荡法测量 高反射光学元件的反射率，记录多次反射率值馬及相应的衰荡信号幅值A，令y= 1/A、 X=馬，利用二次多项式y=ac+aiX+a2X2对所记录数据拟合得到各拟合系数a。、ai和a2; 据待测腔透射光强函数
其中Ita)为透射光强，Ih(A)为入 射光强，衣为初始腔平均反射率，Ri、R2分别为禪合腔镜和出射腔镜反射率，5为激光在衰 荡腔内往返反射一次后两透射波相位延迟，则据
可由测得幅 值计算相应待测光学元件反射率，分析R'y与通过衰荡时间确定待测光学元件反射率Ry的 差值，可验证该方法的有效性；同时，激光在本衰荡腔内往返一次后两透射波相位延迟5 余弦值可由
计算得到，该值反映了所建立的光腔衰荡高反射率测试系统的 光路调节状况，光路调节时应使cos5尽量接近于1。
2. 根据权利要求1所述的一种光腔衰荡高反射率测量的数据处理方法，其特征在于： 所述的光腔衰荡法测量高反射光学元件反射率所使用的初始腔可W为直型腔或折叠腔。
3. 根据权利要求1所述的一种光腔衰荡高反射率测量的数据处理方法，其特征在于： 所述的光腔衰荡法测量高反射光学元件反射率所使用的激光光源可W为脉冲光源或连续 光源。
4. 根据权利要求1所述的一种光腔衰荡高反射率测量的数据处理方法，其特征在于： 所述的记录多次反射率值为大口径光学元件不同位置的反射率，用于拟合的数据点数应大 于等于10且数据点数越多拟合误差越小。
5. 根据权利要求1所述的一种光腔衰荡高反射率测量的数据处理方法，其特征在于： 所述的记录的衰荡信号幅值A为对测得的衰荡信号做单指数拟合y=a*exp(-VT) +b时 的拟合系数a或所记录衰荡信号前3点平均值。
【专利摘要】本发明公开了一种光腔衰荡高反射率测量的数据处理方法，其特征在于：在基于光腔衰荡法测量大口径光学元件高反射率时，分析大口径光学元件反射率均匀性测试过程中待测光学元件不同位置反射率值与相应衰荡信号幅值间的关系，通过二次多项式拟合等处理方法，利用拟合参数及衰荡信号幅值计算得到待测光学元件反射率，通过与光腔衰荡方法得到反射率结果对比，印证了该方法的有效性。同时，利用拟合参数还可计算得到激光在衰荡腔内往返一次后两透射波相位延迟δ的余弦值cosδ，该值表征了所建立的光腔衰荡高反射率测试系统光路调节状况，cosδ越接近于1说明光腔调节越好。
【IPC分类】G01M11-02
【公开号】CN104792501
【申请号】CN201510198761
【发明人】韩艳玲, 李斌成, 崔浩, 周胜
【申请人】中国科学院光电技术研究所
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月24日