专利名称：双波长高反射镜反射率测量方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量高反射镜反射率的方法和装置，特别涉及一种测量双波 长高反射镜反射率的方法。
背景技术：
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。而光腔衰荡技术是目前精确测量高反射镜反射 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“一种高反镜高反射率的测量方法”， 采用脉冲激光系统作光源，该方法的缺点是由于脉冲激光光束质量差、衰荡腔内存在模式 竞争等因素，测量精度受制，而且所使用的脉冲激光器造价高，提高了系统成本，不利于推 广使用。中国专利申请号2006100112M. 9的发明专利“一种高反镜反射率的测量方法”提 出了一种以连续半导体激光器作光源的高反射率测量方法，但是采用锁相方式探测要求稳 定的光腔输出信号，激光功率耦合进衰荡腔的效率低，当腔镜反射率高到一定程度后，光腔 输出信号振幅减小，信噪比下降，使得装置调节比较困难，而且限制了可测最高反射率和测 量精度。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方法，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，记录光腔衰荡信号，或者在调制方波下降沿记录光腔衰荡 信号，将得到的信号利用单指数衰减函数拟合出衰荡时间，进而得到反射率测量结果。上述测量方法和装置都只能测量高反射镜在单一波长处的反射率，不能同时测得 双波长高反射镜在两波长处的反射率。随着激光技术的发展和激光系统应用的不断拓展， 双波长或多波长高反射镜在许多激光系统中应用也日渐广泛。目前在许多光学系统中对双 波长和多波长激光源的需求也不断增加，例如，中国专利申请号200510077804. 2的发明专 利“多波长激光系统”，其中激光器谐振腔腔镜的双波长甚至多波长反射率测量是十分必要 的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有单波长高反射镜反射率测量技术的不足， 提出了一种基于光腔衰荡技术的双波长高反射镜反射率测量方法，具有测量灵敏度高，易 于操作的优点。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是双波长高反射镜反射率测量方法， 实现步骤如下(1)将光强周期性调制的两个不同波长的连续激光同时入射到初始光学谐振腔；
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所述初始光学谐振腔由两块相同的平凹双波长高反射镜凹面相对垂直于光轴放 置组成，入射光从第一块平凹双波长高反射镜中心透过后垂直入射到第二块平凹双波长高 反射镜；或初始光学谐振腔由两块相同的平凹双波长高反射镜和一块平面双波长高反射 镜构成，平面高反射镜为入射腔镜且倾斜于光轴放置，入射激光束从该平面高反射镜透射 后垂直入射到垂直于光轴放置的第一块平凹高反射镜，激光束被第一块平凹高反射镜反射 后按原路返回至平面高反射镜，然后又被平面高反射镜再次反射，反射光垂直入射到第二 块平凹高反射镜；(2)从所述初始光学谐振腔的两个双波长高反射镜透射的两不同波长的激光由 聚焦透镜聚焦到光电探测器，光电探测器探测初始光学谐振腔的光腔衰荡信号，当初始光 学谐振腔的光腔衰荡信号幅值超过设定阈值时，触发关断入射激光束，记录初始光学谐振 腔的光腔衰荡信号，或者在调制信号的下降沿记录初始光学谐振腔的光腔衰荡信号，利用 同时测量法或分光探测法或交替测量法得到初始光学谐振腔在两激光波长处的衰荡时间 τ 01 > τ ο2，进而得到双波长高反射腔镜在两波长处的平均反射率Rcu、R02 ；(3)在初始光学谐振腔内根据待测双波长高反射镜的使用角度加入待测双波长高 反射镜，构成测试光学谐振腔；所述测试光学谐振腔的构成为入射光从初始光学谐振腔中第一块平凹双波长高 反射镜中心进入，保持第一块平凹双波长高反射镜位置不动，在两平凹双波长高反射镜之 间加入待测双波长高反射镜，激光束透过第一块平凹双波长高反射镜后入射到待测双波长 高反射镜，入射角为双波长高反射镜使用角度，改变第二块平凹双波长高反射镜的位置使 从待测双波长高反射镜反射的激光束垂直入射到第二块平凹双波长高反射镜，构成测试光 学谐振腔；或测试光学谐振腔的构成为平面双波长高反射镜为入射腔镜且倾斜于光轴放 置，入射激光束从该平面双波长高反射镜透射后垂直入射到垂直于光轴放置的第一块平凹 双波长高反射镜，激光束被第一块平凹双波长高反射镜反射后按原光路返回至平面双波长 高反射镜，然后又被平面双波长高反射镜再次反射，反射光垂直入射到第二块平凹双波长 高反射镜；在初始光学谐振腔的第二块平凹双波长高反射镜和平面双波长高反射镜之间插 入待测双波长高反射镜，入射激光束透过平面双波长高反射镜后，先后经过第一块平凹双 波长高反射镜和平面双波长高反射镜后，入射到待测双波长高反射镜，入射角为待测双波 长高反射镜使用角度，从待测双波长高反射镜反射的激光束垂直入射到第二块平凹双波长 高反射镜，构成测试光学谐振腔；(4)从输出双波长高反射腔镜透射的两不同波长的激光由聚焦透镜聚焦到光电探 测器，光电探测器探测光腔衰荡信号，当测试光学谐振腔输出信号幅值超过设定阈值时，触 发关断入射激光束，记录测试光学谐振腔的光腔衰荡信号，或者在调制信号的下降沿记录 测试光学谐振腔的光腔衰荡信号，利用同时测量法或分光探测法或交替测量法得到测试光 学谐振腔在两激光波长处的衰荡时间τ ρ τ 2，通过计算得待测双波长高反射镜在两波长处 的反射率礼、&。所述的两连续激光由半导体激光器或固体激光器或气体激光器产生。所述的初始光学谐振腔和测试光学谐振腔的平凹双波长高反射镜和平面双波长高反射镜的反射率在两波长处均大于99%。所述的初始光学谐振腔和测试光学谐振腔均为稳定腔或共焦腔，总腔长L满足0 < L < 2r，其中r为平凹双波长高反射镜凹面的曲率半径。所述步骤( 和中触发关断两入射激光束通过以下方式之一实现a.采用连续半导体激光器时，当初始光学谐振腔或测试光学谐振腔输出信号幅值 高于设定阈值时，快速关闭半导体激光器激励电流或电压；b.采用连续半导体激光器或固体激光器或气体激光器时，当初始光学谐振腔或测 试光学谐振腔输出信号幅值高于设定阈值时，在激光器和入射双波长高反射腔镜之间采用 快速光开关来关闭激光束；c.采用方波调制快速光开关，或方波调制激光器激励电源时，当初始光学谐振腔 或测试光学谐振腔输出信号幅值高于设定阈值时，利用方波下降沿来关闭激光束。所述步骤O)中的初始光学谐振腔的光腔衰荡信号由示波器或数据采集卡记录。所述的同时测量法得到待测双波长高反射镜在两波长处的反射率礼、R2的实 现过程如下将步骤O)中记录的初始光学谐振腔的光腔衰荡信号按双指数函数衰减， /(0 = +A02e-(t+At)/^+A03，At 为两激光束关断时间差，Atll，Atl2，Atl3 为常系数，利 用多参数拟合程序拟合得到初始光学谐振腔在两激光波长处的衰荡时间τ, Ttl2 ；同样， 在测试光学谐振腔情况下，将步骤中记录的测试光学谐振腔的光腔衰荡信号按双指数 函数衰减，/OXew"1 + A22e-(t+A,)/T2 +A33, A11^ A12，A13为常系数，利用多参数拟合程序 拟合得到测试光学谐振腔在两激光波长处的衰荡时间^、τ 2，根据公式代=W^-VW 和i 2 =ZvA2-i^y，其中Ltl为初始光学谐振腔腔长，L1为测试光学谐振腔腔长，计算得到 待测双波长高反射镜在两波长处的反射率礼、&。所述分光探测法得到待测双波长高反射镜在两波长处的反射率礼、R2的实现过程 如下将步骤O)中初始光学谐振腔输出信号经分光元件分光，两不同波长的激光被分别 聚焦到不同的光电探测器，两光电探测器测得的光腔衰荡信号分别按单指数衰减函数I (t) = Ae_tA+B，其中A，B为常系数，拟合出初始光学谐振腔在两激光波长处的衰荡时间T(ll、 Ttl2 ；同样，在测试光学谐振腔情况下，将步骤中测试光学谐振腔输出信号经分光元件 分光，两不同波长的激光被分别聚焦到不同的光电探测器，两光电探测器测得的光腔衰荡 信号分别按单指数衰减函数I (t) =Aie^kB1，其中A1, B1为常系数，拟合出测试光学谐振 腔在两激光波长处的衰荡时间τ ” τ 2，根据公式代=e(V 和晃=^L0Icrm-LxlCr2)，其
中Ltl为初始光学谐振腔腔长，L1为测试光学谐振腔腔长，计算得到待测双波长高反射镜在 两波长处的反射率&、&。所述交替测量法得到待测双波长高反射镜在两波长处的反射率礼、R2的实现过程 如下采用机械快门或者电开关方法交替关闭两激光束，在测量的过程中先将一波长激光 器关闭或者将该激光器输出光束遮挡，将步骤O)中记录的初始光学谐振腔在另一波长处 的光腔衰荡信号按单指数衰减函数/⑴=+代郝合出衰荡时间τ Μ，其中Atll, B01 为常系数；然后关闭或遮挡另一波长激光束，将步骤O)中记录的初始光学谐振腔在先前 被关闭或遮挡的激光波长处的光腔衰荡信号按单指数衰减函数/0) =+^ct2拟合
出衰荡时间τ μ，其中Atl2，B02为常系数；同样，在测试光学谐振腔情况下，先将一波长激光器关闭或者将该激光器输出光束遮挡，将步骤中记录的测试光学谐振腔在另一波长处 的光腔衰荡信号按单指数衰减函数/O)+5 拟合出衰荡时间T1，其中An，B11 为常系数；然后关闭或遮挡另一波长激光束，将步骤中记录的测试光学谐振腔在先前 被关闭或遮挡的激光波长处的光腔衰荡信号按单指数衰减函数/(O =為一- 2 +S12拟合 出衰荡时间τ2，其中A12，B12为常系数，根据公式代- ,-「VA^A-yVafVW，其
中Ltl为初始光学谐振腔腔长，L1为测试光学谐振腔腔长，计算得到待测双波长高反射镜在 两波长处的反射率&、&。所述的快速光开关是电光调制开关或声光调制开关。所述的分光元件是光栅或棱镜。所述的反射率测量方法也可以用于三波长或更多波长高反射镜反射率测量。所述光电探测器可以是三个或多个单元探测器，也可以是一个线阵的高速光电探 测器。本发明与现有技术相比具有如下优点本发明利用光腔衰荡技术测量双波长高反 射镜反射率，可同时得到高反射镜在两波长处的反射率，也可用于单波长高反射镜反射率 的测量，实现一机两用或多用。本发明采用基于光反馈效应的光腔衰荡技术，极大地提高了 输出信号的幅值，因此所得信号具有高信噪比，提高了测量精度，该方法还具有操作简单， 成本低等优点。
图1为本发明的一种初始光学谐振腔测量装置示意图，在该实施例中，采用方波 调制半导体激光器激励电源，在方波下降沿关断激光束；图2为本发明的一种初始光学谐振腔测量装置示意图，在该实施例中，采用快速 光开关关断激光束；图3为本发明的一种测试光学谐振腔的结构示意图；图4为本发明的分光探测法的测量装置示意图；图5为本发明的一种初始光学谐振腔测量装置示意图，在该实施例中，采用机械 快门或者波长选择开关交替关断两激光束；图6为本发明的频率选择性光反馈初始光学谐振腔的结构示意图；图7为本发明的频率选择性光反馈测试光学谐振腔的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图1所述的测量系统描述本发明的双波长高反射镜反射率的测量方 法。图1中1，2分别为两个不同波长的激光光源、3为反射镜、4为双光束分光镜、5和6为 平凹双波长高反射镜、7为聚焦透镜、8为光电探测器、9为计算机、10为数据采集卡、11为函 数发生卡、12为可见辅助对准光源、13为分光镜、14为反射镜，图中粗线为光路，细线为连 接线。光源1，2均选用连续半导体激光器，两半导体激光器采用方波调制输出；通过反 射镜3和双光束分光镜4将两激光束合束，使其同时注入衰荡腔；两块平凹双波长高反射镜5，6在两激光器波长处反射率大于99%，衰荡腔为稳定光学谐振腔或共焦光学谐振腔，腔 长L满足0 < L < 2r，其中r为平凹双波长高反射镜凹面的曲率半径；两块平凹双波长高反 射镜垂直于光路放置，且使激光束从镜面中心通过，激光束从第一块平凹双波长高反射镜 进入光学谐振腔，随着激光束的注入，光学谐振腔内能量逐渐增加，当入射激光束被迅速关 断后，光学谐振腔内光能量会由于腔镜透射而逐渐减小，部分激光能量从第二块平凹双波 长高反射镜输出，从光学谐振腔后腔镜透射的激光束由聚焦透镜7聚焦到光电探测器8，光 电探测器8输出信号由数据采集卡10记录并输入计算机9存储及处理。由于光源1，2均采 用函数发生卡11方波同步调制输出，在方波下降沿处激光束被快速关断，当光学谐振腔输 出信号幅值在方波下降沿处大于预先设定的阈值时，计算机9控制数据采集卡10采集衰荡 信号。可见光源12、分光镜13和反射镜14用于辅助调节光路。当光源1和2中有一个或 两个为可见光源时，可以不使用辅助调节光路。将数据采集卡10记录的信号利用多参数拟 合程序按照双指数衰减函数:m = Ame~t/T°' + A02e-(t+At)/T°2 +A03 (At为两激光束关断 时间差，通常At远小于衰荡时间，At通常为几个至上百个纳秒，Atll，Atl2，Atl3为常系数，在 多参数拟合过程中设为自由参数，拟合出初始光学谐振腔在两激光波长处的衰荡时间τ 01, τ 02根据公式及=e~L°/cT，其中Ltl为初始腔光学谐振腔长，c为光速，可得双波长高反射腔 镜在两波长处的平均反射率Rcu、R02。本发明中激光束的关断也可通过快速光开关实现，如图2所示。光源1，2采用连续 半导体激光器或固体激光器或气体激光器，在激光器和入射腔镜之间加入快速光开关15， 由计算机9来控制。当采集到的光学谐振腔输出信号幅值大于阈值时(通常设定阈值为最 大信号幅值的80% -90%左右)，触发光开关15关闭。如图3所示为加入待测双波长高反射镜16后构成的测试光学谐振腔，可测量 反射率大于99%的平面双波长高反射镜的不同入射角下的反射率。保持第一块平凹双 波长高反射镜位置不动，在两平凹双波长高反射镜之间加入待测双波长高反射镜，激光 束透过第一块平凹双波长高反射镜后入射到待测双波长高反射镜，入射角为双波长高反 射镜使用角度，双波长高反射镜的反射光垂直入射到第二块平凹双波长高反射镜，构成 稳定的测试光学谐振腔。当测试光学谐振腔输出信号幅值大于预先设定的阈值时，计 算机9控制数据采集卡10采集衰荡信号。利用多参数拟合程序按照双指数衰减函数 1(0 = Ane~l/T' + A22e-{t+A,)lT' +A33 (At为两激光束关断时间差，通常Δ t远小于衰荡时 间，An，A12，A13为常系数，在多参数拟合过程中设为自由参数)拟合出测试光学谐振腔在两 激光波长处的衰荡时间τ ” τ 2，再根据公式代=yVAi-VW和尽=e(V -V 〉计算得 到待测双波长高反射镜16在两波长处的反射率札、1 2，其中L1为测试光学谐振腔腔长。本发明中从腔内透射光中提取出两激光波长处衰荡时间也可通过分光法实现，如 图4所示。输出腔镜透射的两不同波长的激光经分光元件17 (采用光栅或棱镜)分光，然 后被聚焦透镜7-1和聚焦透镜7-2分别聚焦到光电探测器8-1和光电探测器8-2，当激光束 被关断后，光电探测器8-1和光电探测器8-2测得信号分别按单指数衰减函数I (t) = Ae-t7 τ+Β(其中A，B为常系数，在多参数拟合过程中设为自由参数，拟合出初始光学谐振腔在两 激光波长处的衰荡时间τ Μ、Ttl2 ；同样，在测试光学谐振腔情况下，两光电探测器测得的光 腔衰荡信号分别按单指数衰减函数I (t) = Aie-^+B1，其中A1, B1为常系数，在多参数拟合
9过程中设为自由参数，拟合出测试光学谐振腔在两激光波长处的衰荡时间^、τ2，根据公 式代=e(V _V 和尽=^L0Jcr02-LlZcr2),其中[。为初始光学谐振腔腔长，L1为测试光学谐
振腔腔长，计算得到待测双波长高反射镜16在两波长处的反射率礼、&。如图5所示为采用机械快门交替关断两激光束，在激光器出光口前端加入机械快 门18，其由计算机9控制。在测量的过程中机械快门18在计算机9控制下先将一波长激 光器输出光束遮挡，测量初始光学谐振腔在另一波长处的光腔衰荡信号按单指数衰减函 mif) = A0le-tlTai +^1 (其中Atll, B01为常系数，在多参数拟合过程中设为自由参数，拟 合出衰荡时间Ttll ；然后遮挡另一波长激光束，测量初始光学谐振腔在先前遮挡的激光波 长处的光腔衰荡信号按单指数衰减函数/(i) = A02e~t/Tm +B02 (其中Atl2，B02为常系数，在 多参数拟合过程中设为自由参数，拟合出衰荡时间Ttl2 ；同样，在测试光学谐振腔情况下， 先将一波长激光器关闭或者将该激光器输出光束遮挡，测量测试光学谐振腔在另一波长 处的光腔衰荡信号按单指数衰减函数/(^二為一爿71 +^,拟合出衰荡时间T1，其中A11, B11为常系数(在多参数拟合过程中设为自由参数)；然后关闭或遮挡另一波长激光束，测 量测试光学谐振腔在先前被关闭或遮挡的激光波长处的光腔衰荡信号按单指数衰减函数 I(t) = Aue_"T2 +512拟合出衰荡时间τ 2，其中A12，B12为常系数(在多参数拟合过程中设 为自由参数)，再根据公式尺=e(i"/cr°'-i|/cri)iPi 2 = >计算得到待测双波长高反 射镜16在两波长处的反射率礼、1 2，其中L1为测试光学谐振腔腔长。本发明中的初始光学谐振腔和测试光学谐振腔可以采用频率选择性光反馈光腔 结构。如图6所示的初始光学谐振腔由两块相同的平凹双波长高反射镜5、6和一块平面双 波长高反射镜19构成，平面双波长高反射镜19为入射腔镜且倾斜于光轴放置，入射激光束 从平面双波长高反射镜19透射后垂直入射到垂直于光轴放置的平凹双波长高反射镜6，激 光束被平凹双波长高反射镜6反射后按原路返回至平面双波长高反射镜19，然后又被平面 双波长高反射镜19反射，反射光垂直入射到平凹双波长高反射镜5 ；在初始光学谐振腔的 平凹双波长高反射镜5和平面双波长高反射镜19之间插入待测双波长高反射镜16，入射 激光束透过平面双波长高反射镜19后，先后经过平凹双波长高反射镜6和平面双波长高反 射镜19再次反射后，入射到待测双波长高反射镜16，入射角为待测双波长高反射镜使用角 度，从待测双波长高反射镜16反射的光垂直入射到平凹双波长高反射镜5，这样就构成了 稳定的测试光学谐振腔，如图7所示。总之，本发明提出了双波长高反射镜反射率的测量方法，其测量结果不受激光器 强度波动的影响，并且可以测量从紫外到中远红外的各类双波长高反射镜反射率。该方法 可得到双波长高反射镜在两波长处的反射率，若增加光源数量，可得到在多个波长处的反 射率。本发明具有结构简单，测量精度高且成本低等优点。本发明未详细阐述部分属于本领域技术的公知技术。
权利要求
1.双波长高反射镜反射率测量方法，其特征在于实现步骤如下(1)将光强周期性调制的两个不同波长的连续激光同时入射到初始光学谐振腔；所述初始光学谐振腔由两块相同的平凹双波长高反射镜凹面相对垂直于光轴放置组成，入射光从第一块平凹双波长高反射镜中心透过后垂直入射到第二块平凹双波长高反射 镜；或初始光学谐振腔由两块相同的平凹双波长高反射镜和一块平面双波长高反射镜构 成，平面高反射镜为入射腔镜且倾斜于光轴放置，入射激光束从该平面高反射镜透射后垂 直入射到垂直于光轴放置的第一块平凹高反射镜，激光束被第一块平凹高反射镜反射后按 原路返回至平面高反射镜，然后又被平面高反射镜再次反射，反射光垂直入射到第二块平 凹高反射镜；(2)从所述初始光学谐振腔的两个双波长高反射镜透射的两不同波长的激光由聚焦 透镜聚焦到光电探测器，光电探测器探测初始光学谐振腔的光腔衰荡信号，当初始光学谐 振腔的光腔衰荡信号幅值超过设定阈值时，触发关断入射激光束，记录初始光学谐振腔的 光腔衰荡信号，或者在调制信号的下降沿记录初始光学谐振腔的光腔衰荡信号，利用同时 测量法或分光探测法或交替测量法得到初始光学谐振腔在两激光波长处的衰荡时间τ 01, τ C12，进而得到双波长高反射腔镜在两波长处的平均反射率Rc^ Rtl2 ；(3)在初始光学谐振腔内根据待测双波长高反射镜的使用角度加入待测双波长高反射 镜，构成测试光学谐振腔；所述测试光学谐振腔的构成为入射光从初始光学谐振腔中第一块平凹双波长高反射 镜中心进入，保持第一块平凹双波长高反射镜位置不动，在两平凹双波长高反射镜之间加 入待测双波长高反射镜，激光束透过第一块平凹双波长高反射镜后入射到待测双波长高反 射镜，入射角为双波长高反射镜使用角度，改变第二块平凹双波长高反射镜的位置使从待 测双波长高反射镜反射的激光束垂直入射到第二块平凹双波长高反射镜，构成测试光学谐 振腔；或测试光学谐振腔的构成为平面双波长高反射镜为入射腔镜且倾斜于光轴放置，入 射激光束从该平面双波长高反射镜透射后垂直入射到垂直于光轴放置的第一块平凹双波 长高反射镜，激光束被第一块平凹双波长高反射镜反射后按原光路返回至平面双波长高反 射镜，然后又被平面双波长高反射镜再次反射，反射光垂直入射到第二块平凹双波长高反 射镜；在初始光学谐振腔的第二块平凹双波长高反射镜和平面双波长高反射镜之间插入待 测双波长高反射镜，入射激光束透过平面双波长高反射镜后，先后经过第一块平凹双波长 高反射镜和平面双波长高反射镜后，入射到待测双波长高反射镜，入射角为待测双波长高 反射镜使用角度，从待测双波长高反射镜反射的激光束垂直入射到第二块平凹双波长高反 射镜，构成测试光学谐振腔；(4)从输出双波长高反射腔镜透射的两不同波长的激光由聚焦透镜聚焦到光电探测 器，光电探测器探测光腔衰荡信号，当测试光学谐振腔输出光腔衰荡信号幅值超过设定阈 值时，触发关断入射激光束，记录测试光学谐振腔的光腔衰荡信号，或者在调制信号的下降 沿记录测试光学谐振腔的光腔衰荡信号，利用同时测量法或分光探测法或交替测量法得到 测试光学谐振腔在两激光波长处的衰荡时间τ ρ τ 2，通过计算得待测双波长高反射镜在两 波长处的反射率礼、&。
2.根据权利要求1所述的双波长高反射镜反射率测量方法，其特征在于所述的两连 续激光由半导体激光器或固体激光器或气体激光器产生。
3.根据权利要求1所述的双波长高反射镜反射率测量方法，其特征在于所述的初始 光学谐振腔和测试光学谐振腔的平凹双波长高反射镜和平面双波长高反射镜的反射率在 两波长处均大于99%。
4.根据权利要求1所述的双波长高反射镜反射率测量方法，其特征在于所述的初始 光学谐振腔和测试光学谐振腔均为稳定腔或共焦腔，总腔长L满足0 < L < 2r，其中r为平 凹双波长高反射镜凹面的曲率半径。
5.根据权利要求1所述的双波长高反射镜反射率测量方法，其特征在于所述步骤(2) 和中触发关断两入射激光束通过以下方式之一实现a.采用连续半导体激光器时，当初始光学谐振腔或测试光学谐振腔输出信号幅值高于 设定阈值时，快速关闭半导体激光器激励电流或电压；b.采用连续半导体激光器或固体激光器或气体激光器时，当初始光学谐振腔或测试光 学谐振腔输出信号幅值高于设定阈值时，在激光器和入射双波长高反射腔镜之间采用快速 光开关来关闭激光束；c.采用方波调制快速光开关，或方波调制激光器激励电源时，当初始光学谐振腔或测 试光学谐振腔输出信号幅值高于设定阈值时，利用方波下降沿来关闭激光束。
6.根据权利要求1所述的双波长高反射镜反射率测量方法，其特征在于所述步骤(2) 中的初始光学谐振腔的光腔衰荡信号由示波器或数据采集卡记录。
7.根据权利要求1所述的双波长高反射镜反射率测量方法，其特征在于所 述的同时测量法得到待测双波长高反射镜在两波长处的反射率札、R2的实现过程 如下将步骤⑵中记录的初始光学谐振腔的光腔衰荡信号按双指数函数衰减， I(t) = Aoie-"^ + A02e-('+A,)/^ + A03 ’ At为两激光束关断时间差，Ac^Atl2A3为常系数，利 用多参数拟合程序拟合得到初始光学谐振腔在两激光波长处的衰荡时间τ, Ttl2 ；同样， 在测试光学谐振腔情况下，将步骤中记录的测试光学谐振腔的光腔衰荡信号按双指数 函数衰减，=+A22e-(t+^+A33,Au,kl2, A13为常系数，利用多参数拟合程序 拟合得到测试光学谐振腔在两激光波长处的衰荡时间^、τ 2，根据公式代=ZVA^MD 和= e^/^-A/cr,)，其中L。为初始光学谐振腔腔长，L1为测试光学谐振腔腔长，计算得到 待测双波长高反射镜在两波长处的反射率礼、&。
8.根据权利要求1所述的双波长高反射镜反射率测量方法，其特征在于所述分光探 测法得到待测双波长高反射镜在两波长处的反射率礼、R2的实现过程如下将步骤O)中 初始光学谐振腔输出信号经分光元件分光，两不同波长的激光被分别聚焦到不同的光电探 测器，两光电探测器测得的光腔衰荡信号分别按单指数衰减函数I⑴=Ae—^+B，其中A，B 为常系数，拟合出初始光学谐振腔在两激光波长处的衰荡时间τ, Ttl2 ；同样，在测试光学 谐振腔情况下，将步骤中测试光学谐振腔输出信号经分光元件分光，两不同波长的激 光被分别聚焦到不同的光电探测器，两光电探测器测得的光腔衰荡信号分别按单指数衰减 函数I (t) = Ale-^+B1，其中A1, B1为常系数，拟合出测试光学谐振腔在两激光波长处的衰 荡时间τ ” τ 2，根据公式代-,-「V 和羊二 ^!cr^cr,)，其中L。为初始光学谐振腔腔长，L1为测试光学谐振腔腔长，计算得到待测双波长高反射镜在两波长处的反射率&、&。
9.根据权利要求1所述的双波长高反射镜反射率测量方法，其特征在于所述交替测 量法得到待测双波长高反射镜在两波长处的反射率礼、R2的实现过程如下采用机械快门 或者电开关方法交替关闭两激光束，在测量的过程中先将一波长激光器关闭或者将该激光 器输出光束遮挡，将步骤O)中记录的初始光学谐振腔在另一波长处的光腔衰荡信号按单 指数衰减函数/(/) = Aole~t/T01 +战郝合出衰荡时间τ Μ，其中Atll，B01为常系数；然后关闭 或遮挡另一波长激光束，将步骤O)中记录的初始光学谐振腔在先前被关闭或遮挡的激光 波长处的光腔衰荡信号按单指数衰减函数/0) = A02e_ +^tj2拟合出衰荡时间τ %，其 中Atl2，B02为常系数；同样，在测试光学谐振腔情况下，先将一波长激光器关闭或者将该激 光器输出光束遮挡，将步骤(4)中记录的测试光学谐振腔在另一波长处的光腔衰荡信号按 单指数衰减函数/(0 =為 +召 拟合出衰荡时间^，其中An，B11为常系数；然后关闭 或遮挡另一波长激光束，将步骤(4)中记录的测试光学谐振腔在先前被关闭或遮挡的激光 波长处的光腔衰荡信号按单指数衰减函数/O) =+ 512拟合出衰荡时间τ 2，其中 A12，B12为常系数，根据公式代=二一)，其中L。为初始光学谐振腔腔长，L1为测试光学谐振腔腔长，计算得到待测双波长高反射镜在两波长处的反射率队、R2。
10.根据权利要求5所述的双波长高反射镜反射率测量方法，其特征在于所述的快速 光开关是电光调制开关或声光调制开关。
11.根据权利要求8所述的双波长高反射镜反射率测量方法，其特征在于所述的分光 元件是光栅或棱镜。
12.根据权利要求1所述的双波长高反射镜反射率测量方法，其特征在于所述的反射 率测量方法也可以用于三波长或更多波长高反射镜反射率测量。
13.根据权利要求1所述的双波长高反射镜反射率测量方法，其特征在于所述光电探 测器可以是三个或多个单元探测器，也可以是一个线阵的高速光电探测器。
全文摘要
双波长高反射镜反射率测量方法，将光强周期性调制的两个不同波长的连续激光同时注入由两块或三块双波长高反射镜构成的稳定初始光学谐振腔，当初始光学谐振腔输出信号幅值高于设定阈值时，关断入射激光束，记录光腔衰荡信号；或者在调制信号的下降沿记录光腔衰荡信号，并利用同时测量法或分光探测法或交替测量法得到初始光学谐振腔在两激光波长处的衰荡时间τ01、τ02，计算出腔镜在两波长处的平均反射率R01、R02；同样，在初始光学谐振腔内根据使用角度加入待测双波长高反射镜构成稳定的测试光学谐振腔，利用同时测量法或分光探测法或交替测量法得到测试光学谐振腔情况下两激光波长的衰荡时间τ1、τ2，得到待测双波长高反射镜在两波长处的反射率R1、R2。
文档编号G01M11/02GK102128715SQ20101059309
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月8日 优先权日2010年12月8日
发明者曲哲超, 李斌成, 韩艳玲 申请人:中国科学院光电技术研究所