[发明专利]基于等效温度的光学元件弱吸收测试装置及方法

说明书

本发明提出一种基于等效温度的光学元件弱吸收测试装置及方法，首先利用泵浦激光辐照样品，达到稳态后利用红外热像仪记录样品表面最高温度，并利用泵浦光功率计测试样品的反射和透射功率；第二步，利用探测激光器(CO₂激光器，光斑尺寸与泵浦激光光斑大小相同)辐照样品表面，一般CO₂对于介质膜等光学元件吸收率为1，逐渐增加探测激光功率使得样品表面温度达到第一次测试的温度，此时读取探测光功率计中的功率；最后利用探测光功率计的读数比上样品的反射与透射功率之和，即为样品表面的弱吸收率。本发明主要利用一般光学元件对CO₂激光的吸收率为1，样品在泵浦光辐照下的温度特性来测试表面的弱吸收率，相比现有的技术测试不仅精度高而且操作更加简单、方便，不需要后期数据处理。

技术领域

本发明属于光学元件吸收率的测试领域，具体为一种基于等效温度的光学元件弱吸收测试装置及方法。

背景技术

随着激光功率的不断提高，对激光薄膜以及各种光学元件的质量要求越来越高，在强激光辐照下，光学元件微弱的吸收会引起光学元件表面的损伤。因而有必要对光学薄膜的平均吸收率进行精确、快速、实时的检测，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。

对于光学薄膜吸收率的测试技术主要有：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，其中应用最多的为光热偏转技术以及表面热透镜技术。光热偏转技术测试精度取决于探测光斑和泵浦光的相对位置，因此调节比较困难，而且系统稳定性较差。表面热透镜技术主要利用泵浦光加热样品表面，使样品表面形成热透镜区域，再利用探测激光辐照热畸变区域，利用探测器接收畸变区域反射的探测激光，并通过后期处理探测激光信号的波前反推得到样品表面的吸收率。透射式光热偏转技术和热透镜技术都无法测试不透明材料的吸收，而且吸收率都为间接测试的结果，中间的数据处理环节具有较强的随机误差，导致测试精度有限。

发明内容

本发明在于克服现有的间接测试技术的缺陷，提出一种结构简单、测试精度较高的直接检测光学元件弱吸收的装置及方法。等效温度的思想，当泵浦激光与探测激光的功率分布以及光斑大小相同时，利用稳态温度来判定吸收样品吸收功率的多少。样品表面温升越高，测量误差越小，则弱吸收测试精度越高。

本发明的技术方案为：

一种基于等效温度的光学元件弱吸收测试装置，其特点在于：包括泵浦激光器、第一反射镜、第二反射镜、第一泵浦光功率计、第二泵浦光功率计、红外热像仪、探测激光器、分束镜和探测光功率计；

所述的泵浦激光器输出的激光经过第一反射镜反射后到达样品表面，经样品反射的反射光入射到第二反射镜，经该第二反射镜反射后由第一泵浦光功率计接收，经样品透射的激光由第二泵浦光功率计接收；

所述的第一泵浦光功率计用于测试样品表面反射的泵浦激光功率；

所述的第二泵浦光功率计用于测试通过样品的透射泵浦激光功率；

所述的探测激光器输出的激光经所述的分束镜1:1分束，分为透射光和反射光，该反射光由所述的探测光功率计接收并测量，该透射光入射到样品表面，上述反射光的功率与样品表面的辐照功率相等；

所述的红外热像仪用于观测样品表面的温度泵浦激光器输出的激光经过反射镜反射后到达样品表面，加热样品并使其温度升高，泵浦光功率计主要用于测试透射和反射的泵浦激光功率；探测激光发射的激光经过分束镜后分别入射到探测光功率计和样品表面；分束镜反射和透射功率比为1:1，所以探测光功率计主要用于实时观测样品表面的辐照功率；红外热像仪主要用于观测样品表面的最高温度。

探测激光使用CO₂激光器，其输出光的波长为10.6um，泵浦激光的半径与探测激光的光斑半径相同，其强度分布都为高斯分布；