[发明专利]一种高反射率膜片膜内损耗参数的绝对测量方法

说明书

技术领域  本发明涉及一种光学薄膜参数的测量方法，尤其是指高反射率膜片膜内损耗参数(包括散射和吸收损耗)的绝对测量方法。

背景技术  高反射率膜片(以下简称高反膜)，特别是具有极低散射和吸收损耗的多层介质规整高反膜，作为不可或缺的光学元件已被广泛应用于诸多高科技领域，譬如：众多的激光器、高品质干涉仪、还有激光陀螺等等。表征高反膜特征的参数有很多，如光谱特征和薄膜损耗等等。其中，薄膜损耗(包括透射、散射和吸收损耗)作为重要的特征参数，决定着众多光学器件、光学仪器和光学应用领域的成败，如：激光陀螺、DWDM、高精度重力(梯度)仪、强激光领域、等等。近年来，随着基片超级抛光技术和极低损耗离子溅射镀膜技术的发展，高反膜的反射率已做得越来越高、各损耗项也做得越来越低，总损耗达10^-5量级(透射、散射和吸收总损耗)的高反镜已经商品化，总损耗接近1×10^-6的高反膜也有报道。随着膜片质量的提高，传统的测量方法(如分光光度计单次反射测量法及光强差动平衡法等)已经不能满足高精度损耗项标定的要求，迫切需要新的技术来解决这个问题。为此，众多高灵敏度测量技术应运而生，比较典型的如腔衰荡法和谐振腔精细度测量法等。1984年，D.Z.Anderson等人提出了一种利用光波在无源腔内的衰荡时间来测量高反膜损耗的测量方法【D.Z.Anderson，J.C.Frisch，and C.C.Masser，“Mirror reflectometer based on optical cavity decaytime，”Appl.Opt.，1984，23，1238～1245】。由于其结构简单、精度高，且测量结果无需标定，目前已发展成为低损耗膜片高精度测量的标准方法，如高反膜的反射率测量及减反膜的透射率测量，等等。目前基于该技术的商业化产品在国外已出现，国内这方面的发明专利也已公布，如中国专利申请号98114152.8，公开号CN1242516A，公开日期为2000年1月26日的发明专利“一种反射镜高反射率的测量方法”，以及中国专利申请号200610165028.0，公开号CN1963435A，公开日期为2007年5月16日的发明专利“高反镜反射率测量方法”等等。然而，这些仪器或方法测得的高反镜(高反膜)损耗为其总损耗，它们无法将膜内各损耗项(特别是散射和吸收损耗)单独分离出来，这对于镀膜工艺的改进以及高反膜的某些特殊应用而言是远远不够的。譬如在强激光领域，高反膜的损伤阈值取决于膜内的吸收损耗，因此其绝对值测量意义重大。此外，虽然目前也有专门针对高反膜某些损耗项的专用测量方法，如表面热透镜薄膜吸收损耗测量技术及积分或微分表面散射测量技术等等，但这些技术普遍存在结构复杂、测量过程繁琐，还有测量结果需要复杂标定等缺点。本发明利用光谱扫描式窄带连续波腔衰荡光谱系统绝对测量膜内损耗，不仅能获得高反膜的总损耗值，还能将它的各损耗项单独分离出来。这种高反膜各损耗项的分离测量方法具有重要意义，特别是对于强激光中的高反膜吸收损耗测量具有重要意义，对于镀膜工艺的改进也具有重要的指导作用。

发明内容  本发明针对现有技术的不足，基于在连续波腔衰荡光谱实验研究中观察到的一种特殊现象：腔损耗谱纹波现象，提出了一种能准确获取高反膜膜内损耗(包括散射和吸收损耗S+A)的绝对测量方法。本发明为解决其技术问题所采用的技术方案：一种高反射率膜片膜内损耗参数的绝对测量方法，其特征在于：

(1)将被测高反膜片与其它两片高反膜片(反射率均大于99.9％)组成一个“V”形稳定无源腔，并将被测高反膜片用于腔内光路折叠。将连续可调谐窄带激光引入此折叠腔内，通过扫描腔长或调谐激光频率实现激光与无源腔之间的频率匹配，当腔透射光强度大于设定阈值时，触发激光快速关断并同时记录此时的腔透射光信号。求得激光频率v₀处腔透射光信号的衰减时间τ(v₀)后，通过式(1)反演出折叠腔的总损耗值δ(v₀)。式中L为总腔长，c为光速。