[发明专利]一种用于检测光学元件弱吸收的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学元件吸收率的测量技术领域，特别是涉及一种用于检测光学元件弱吸收的装置及方法。

背景技术

高能激光器的发展要求有非常高质量的光学薄膜，而光学薄膜对光的弱吸收是限制高能激光器发展的主要因素之一，且影响光学薄膜的光学质量，更会造成激光在薄膜内的热沉积。特别是在高功率激光作用下，即使光学薄膜十分微弱的吸收，其也足以导致薄膜元件的灾难性破坏。研究发现，导致破坏的吸收一部分来自于薄膜的本征吸收，更大程度来源于光学薄膜中的杂质、缺陷引起的局部额外强吸收。因而，有必要对光学薄膜的平均吸收及局部吸收进行精确、快速、实时地检测，以为光学薄膜吸收损耗的降低、损伤阈值的提高以及高质量的制备提供重要的理论依据。

光学薄膜吸收率的测量技术主要有：光热辐射技术、激光量热技术、表面热透镜技术、光声光谱技术和光热偏转技术。其中，光热偏转技术是近年来发展起来的新型热波探测技术，并已广泛用于研究光学薄膜的吸收特性。光热偏转技术具有灵敏度高，实验装置相对简单，易于实现，可对高腐蚀性样品进行非接触检测，以及能区分体吸收和面吸收等许多优点，其已成为测量光学薄膜弱吸收及激光损伤机理研究的重要手段之一。然而，由于光热偏转技术的探测光束尺寸小于泵浦光束，其测量结果很大程度上依赖于探测光斑相对于泵浦光斑的位置，因此，这种方法尽管有较高的灵敏度，调节却比较困难，而且系统稳定性也相对较差，已经越来越不能满足测试手段实用化的要求。为此，在原有的光热探测技术基础上，人们又提出了一种新型的热波探测技术——表面热透镜技术，采用光斑尺寸大于泵浦光束的高斯型探测光进行测量，从而有效地提高了系统稳定性，降低了调整难度。由于表面热透镜技术保持了与光热偏转技术相同的检测灵敏度，因此，在实际科研工作中，日益受到青睐。

然而，目前使用最多的表面热透镜技术测试光学薄膜弱吸收的光学结构，包括：泵浦激光(Pump laser)，其作用是使薄膜加热发生热变形；功率调节器(Attenuater)，其作用是调节泵浦激光功率的大小；斩波器(Chopper)，其作用是调制泵浦激光的强度；第一聚焦镜，用于将激光汇聚到样品上；位移台(Stage)，主要是用来移动样品；第二聚焦镜，用于将探测激光(Probe laser)汇聚到泵浦激光作用到样品的位置；滤光片，作用是过滤杂散光，减小他们对实验结果的影响；光纤(fiber)，用于将带有薄膜形变信息的光信号传导到光探测器(Photo detector)上。由于表面热透镜检测技术中探测光强的变化量通常十分微小，经光电换能器所转换成的电信号更加微弱，有时几乎完全被淹没在噪声中。为把探测光信号从噪声中提取出来，必须采用相应的弱信号检测仪器。光热检测中，常用的模拟弱信号检测仪器为锁相分析仪和Boxcar积分器，其增大了系统结构的复杂性。

发明内容

基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单、测试精度高的用于检测光学元件弱吸收的装置及方法。

其技术方案如下：一种用于检测光学元件弱吸收的装置，包括探测激光器、光电接收器，设置在所述探测激光器与所述光电接收器之间的第一分光元件、反射镜、第二分光元件，所述第一分光元件、第二分光元件、反射镜与光学元件处于同一平面；所述第一分光元件、反射镜、第二分光元件、光学元件围成平行四边形，且依次处于平行四边形的四个顶点；还包括用于产生激励光的激励结构，所述光学元件的表面与所述激励结构相对设置。

本发明还提供一种用于检测光学元件弱吸收的方法，包括如下步骤：用第一分光元件将探测激光器发出的第一激光束分成第二激光束与第三激光束；将第二激光束经光学元件表面偏转后与所述第三激光束进行合束得到第四激光束；将所述第四激光束中的杂散光滤掉后被光电探测器接收；用激励光照射光学元件表面，并用所述光电探测器得到所述第二激光束与所述三激光束间的干涉图样；根据干涉图样分析所述光学元件的弱吸收率。

下面对技术方案进一步说明：

在其中一个实施例中，所述第一分光元件、反射镜、第二分光元件、光学元件围成矩形，所述探测激光器的探测光入射到第一分光元件的夹角为45°。

在其中一个实施例中，所述激励结构包括泵浦激光器、聚焦镜，所述聚焦镜设置在所述泵浦激光器与所述光学元件之间。

在其中一个实施例中，所述泵浦激光器与所述聚焦镜之间依次设置有可变衰减器、斩波器。

在其中一个实施例中，所述探测激光器的发射端与所述第一分光元件之间设置有可变光阑。