光反饋光腔衰蕩技術理論與應用研究.pdf

1、目前，反射率高于99.9％的高反光學元件廣泛應用于激光陀螺、引力波探測、激光核聚變等激光光學系統(tǒng)，其高反光學元件的反射率直接關系到這些激光光學系統(tǒng)的性能。因此，高反光學元件反射率的準確檢測對其產品質量控制和性能提升尤為重要。而光腔衰蕩技術是目前唯一能夠測量超高反射率的方法，具有不受光源波動影響、測量精度高、絕對測量等優(yōu)點。而光反饋光腔衰蕩技術，其裝置更為簡單、成本更為低廉、測量精度足夠高。因此，本文主要針對光反饋光腔衰蕩技術的理論與應用

2、展開研究，主要包括以下幾個方面：
　?。?）從多光束干涉理論出發(fā)，通過對直腔和折疊腔的透射光強函數進行分析得到其光腔的衰蕩輸出信號，從穩(wěn)定性條件、衰蕩時間擬合算法、探測系統(tǒng)帶寬等方面對高反射率測量儀器進行了優(yōu)化分析，并分析了測試腔與初始腔腔長不一致和探測系統(tǒng)耦合方式對超高反射率測量的影響。
　?。?）開展了多層介質膜的偏振反射率測量研究，對不同入射偏振方向的腔平均反射率進行了仿真分析和實驗測量，并提出了一種無需偏振光學元件同

3、時測量高反光學元件的偏振反射率的測量方法，分別在633nm和1064nm處搭建了兩套偏振反射率同時測量裝置，與傳統(tǒng)測量方法進行對比測量，測量誤差僅為ppm量級。在633nm處，搭建了兩套分別基于連續(xù)光腔衰蕩技術（采用HeNe激光光源）和光反饋光腔衰蕩技術（采用半導體激光光源）的同時測量偏振反射率的測試裝置，并對其進行了實驗對比分析。
　?。?）提出了一種利用光腔衰蕩技術同時測量透過率高于99.9%的增透光學元件的光學損耗、剩余反射

4、率和透過率的測量方法，理論推導了復合腔對增透光學元件測量的影響，結合分光光度技術將透過率測量的動態(tài)范圍擴展至0.01%到99.999%以上，搭建了一套綜合兩種技術的透過率測量裝置，對不同透過率光學元件的透過率進行了測量，并與傳統(tǒng)商業(yè)測量儀器進行了對比。結果表明，對于高于99.99%的透過率，測量不確定度低至1ppm,對于接近0.013%透過率，測量不確定度約為0.003%。該綜合方法能夠準確測量任意透過率的光學元件，具有結構簡單、測量速

5、度快、測量精度高等優(yōu)點。
　　（4）提出了一種用于同時測量或成像高反光學元件或高透光學元件的反射率、透過率和光學損耗的雙通道光腔衰蕩技術，搭建了一套測量裝置，對其采集次數和掃描步長進行了優(yōu)化，并使用該測量裝置對三塊高反光學元件和兩塊高透光學元件的反射率、透過率、光學損耗進行了一維或二維掃描測量，對光學元件的表面均勻性進行了分析，其測量精度達到亞ppm量級。首次提出了將激光在腔內往返一次的相位延遲的余弦值作為一種客觀的調腔評價指標，

6、該值越接近1，說明光腔調節(jié)越好。
　?。?）提出了一種既可以用于測量氣體的消光系數，又可以測量腔鏡的光學損耗的變腔長光腔衰蕩技術。搭建了一套635nm變腔長光腔衰蕩系統(tǒng)，利用LabVIEW虛擬儀器軟件實現腔長調節(jié)、數據采集處理的自動化控制，并對不同塵埃粒子濃度下的實驗室環(huán)境的空氣消光系數進行了測量。采用635nm和1064nm兩套系統(tǒng)同時測量不同塵埃粒子濃度下的腔損耗，其兩個波長處的散射損耗系數之比，與用Mie散射理論分析結果基本