光反饋光腔衰蕩技術(shù)理論與應(yīng)用研究.pdf

1、目前，反射率高于99.9％的高反光學(xué)元件廣泛應(yīng)用于激光陀螺、引力波探測(cè)、激光核聚變等激光光學(xué)系統(tǒng)，其高反光學(xué)元件的反射率直接關(guān)系到這些激光光學(xué)系統(tǒng)的性能。因此，高反光學(xué)元件反射率的準(zhǔn)確檢測(cè)對(duì)其產(chǎn)品質(zhì)量控制和性能提升尤為重要。而光腔衰蕩技術(shù)是目前唯一能夠測(cè)量超高反射率的方法，具有不受光源波動(dòng)影響、測(cè)量精度高、絕對(duì)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。而光反饋光腔衰蕩技術(shù)，其裝置更為簡(jiǎn)單、成本更為低廉、測(cè)量精度足夠高。因此，本文主要針對(duì)光反饋光腔衰蕩技術(shù)的理論與應(yīng)用

2、展開研究，主要包括以下幾個(gè)方面：
　?。?）從多光束干涉理論出發(fā)，通過對(duì)直腔和折疊腔的透射光強(qiáng)函數(shù)進(jìn)行分析得到其光腔的衰蕩輸出信號(hào)，從穩(wěn)定性條件、衰蕩時(shí)間擬合算法、探測(cè)系統(tǒng)帶寬等方面對(duì)高反射率測(cè)量?jī)x器進(jìn)行了優(yōu)化分析，并分析了測(cè)試腔與初始腔腔長(zhǎng)不一致和探測(cè)系統(tǒng)耦合方式對(duì)超高反射率測(cè)量的影響。
　　（2）開展了多層介質(zhì)膜的偏振反射率測(cè)量研究，對(duì)不同入射偏振方向的腔平均反射率進(jìn)行了仿真分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)量，并提出了一種無需偏振光學(xué)元件同

3、時(shí)測(cè)量高反光學(xué)元件的偏振反射率的測(cè)量方法，分別在633nm和1064nm處搭建了兩套偏振反射率同時(shí)測(cè)量裝置，與傳統(tǒng)測(cè)量方法進(jìn)行對(duì)比測(cè)量，測(cè)量誤差僅為ppm量級(jí)。在633nm處，搭建了兩套分別基于連續(xù)光腔衰蕩技術(shù)（采用HeNe激光光源）和光反饋光腔衰蕩技術(shù)（采用半導(dǎo)體激光光源）的同時(shí)測(cè)量偏振反射率的測(cè)試裝置，并對(duì)其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析。
　　（3）提出了一種利用光腔衰蕩技術(shù)同時(shí)測(cè)量透過率高于99.9%的增透光學(xué)元件的光學(xué)損耗、剩余反射

4、率和透過率的測(cè)量方法，理論推導(dǎo)了復(fù)合腔對(duì)增透光學(xué)元件測(cè)量的影響，結(jié)合分光光度技術(shù)將透過率測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展至0.01%到99.999%以上，搭建了一套綜合兩種技術(shù)的透過率測(cè)量裝置，對(duì)不同透過率光學(xué)元件的透過率進(jìn)行了測(cè)量，并與傳統(tǒng)商業(yè)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，對(duì)于高于99.99%的透過率，測(cè)量不確定度低至1ppm,對(duì)于接近0.013%透過率，測(cè)量不確定度約為0.003%。該綜合方法能夠準(zhǔn)確測(cè)量任意透過率的光學(xué)元件，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量速

5、度快、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)。
　　（4）提出了一種用于同時(shí)測(cè)量或成像高反光學(xué)元件或高透光學(xué)元件的反射率、透過率和光學(xué)損耗的雙通道光腔衰蕩技術(shù)，搭建了一套測(cè)量裝置，對(duì)其采集次數(shù)和掃描步長(zhǎng)進(jìn)行了優(yōu)化，并使用該測(cè)量裝置對(duì)三塊高反光學(xué)元件和兩塊高透光學(xué)元件的反射率、透過率、光學(xué)損耗進(jìn)行了一維或二維掃描測(cè)量，對(duì)光學(xué)元件的表面均勻性進(jìn)行了分析，其測(cè)量精度達(dá)到亞ppm量級(jí)。首次提出了將激光在腔內(nèi)往返一次的相位延遲的余弦值作為一種客觀的調(diào)腔評(píng)價(jià)指標(biāo)，

6、該值越接近1，說明光腔調(diào)節(jié)越好。
　　（5）提出了一種既可以用于測(cè)量氣體的消光系數(shù)，又可以測(cè)量腔鏡的光學(xué)損耗的變腔長(zhǎng)光腔衰蕩技術(shù)。搭建了一套635nm變腔長(zhǎng)光腔衰蕩系統(tǒng)，利用LabVIEW虛擬儀器軟件實(shí)現(xiàn)腔長(zhǎng)調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采集處理的自動(dòng)化控制，并對(duì)不同塵埃粒子濃度下的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的空氣消光系數(shù)進(jìn)行了測(cè)量。采用635nm和1064nm兩套系統(tǒng)同時(shí)測(cè)量不同塵埃粒子濃度下的腔損耗，其兩個(gè)波長(zhǎng)處的散射損耗系數(shù)之比，與用Mie散射理論分析結(jié)果基本