平頂光束激勵下表面熱透鏡法測量薄膜吸收的方法研究.pdf

1、吸收損耗是衡量光學(xué)薄膜性能的重要指標(biāo)之一。尤其在高功率激光作用下，吸收損耗不僅會引起光學(xué)薄膜元件的熱畸變，影響激光傳輸特性，還會降低薄膜的損傷閾值。準(zhǔn)確測量吸收損耗對于評價高功率激光薄膜和優(yōu)化鍍膜工藝十分重要。現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)中常用光學(xué)薄膜的吸收率在10－4－10－7范圍內(nèi)，而傳統(tǒng)的薄膜吸收測量方法，如分光光度法、消光系數(shù)法等因其靈敏度低，無法滿足測量要求。
　　光熱技術(shù)的發(fā)展為光學(xué)薄膜微弱吸收測量提供了新的手段，表面熱透鏡技術(shù)(ST

2、L)作為光熱技術(shù)測量光學(xué)薄膜微弱吸收的一種重要方法，在上世紀(jì)九十年代初，由Kuo和Saito分別提出。由于它既保持了光熱偏轉(zhuǎn)技術(shù)高靈敏性、高精度和非接觸的優(yōu)點(diǎn)，又能獲得完整的表面形變的分布，因而得到廣泛的應(yīng)用。用于表面熱透鏡技術(shù)的激勵光主要有高斯光束和平頂光束。以前的表面熱透鏡裝置中，多使用高斯光束作為激勵光，但由于高功率激光器一般為多模輸出，要獲得嚴(yán)格的基模高斯光束比較困難，而平頂光束可以通過在激光器前加一定大小的光闌實(shí)現(xiàn)，降低了對激

3、光光束質(zhì)量的要求，更有利于實(shí)際的測量。且使用平頂光束作為激勵光可以提高光學(xué)薄膜微弱吸收的測量精度。
　　本論文提出采用連續(xù)調(diào)制的平頂光束作為激勵光的表面熱透鏡技術(shù)測量薄膜吸收的方法，主要開展了如下工作：
　　1．建立了連續(xù)調(diào)制的平頂光束作用下樣品的表面熱透鏡信號模型。采用積分變換法求解了樣品內(nèi)的熱傳導(dǎo)方程，推導(dǎo)出三維溫度場分布。求解對應(yīng)的熱彈方程，得到表面形變場分布。
　　2．通過數(shù)值模擬，比較了平頂光束和高斯光束激勵

4、下樣品內(nèi)部溫度場、表面形變場和探測光衍射信號的徑向分布。分析了兩種情況下激勵光斑、調(diào)制頻率、探測距離等實(shí)驗(yàn)參數(shù)對表面熱透鏡信號的影響。計(jì)算結(jié)果表明，平頂光束激勵下的表面熱透鏡系統(tǒng)比高斯光束有更高的靈敏度。
　　3．建立了表面熱透鏡實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)。提出了在樣品表面獲得平頂光束的有效方法。測量了信號的衍射分布，信號與激勵光功率、激勵光斑半徑、調(diào)制頻率、探測距離的關(guān)系，與理論吻合較好。并通過實(shí)驗(yàn)，討論了由于探測光斜入射對表面熱透鏡系統(tǒng)的影