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、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)確檢測對其產(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(shù)，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(shù)的理論與應(yīng)用

2、展開研究，主要包括以下幾個方面：
　　（1）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(shù)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。
　　（2）開展了多層介質(zhì)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(xué)元件同

3、時測量高反光學(xué)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(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(shù)同時測量透過率高于99.9%的增透光學(xué)元件的光學(xué)損耗、剩余反射

4、率和透過率的測量方法，理論推導(dǎo)了復(fù)合腔對增透光學(xué)元件測量的影響，結(jié)合分光光度技術(shù)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(shù)的透過率測量裝置，對不同透過率光學(xué)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(jié)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(zhǔn)確測量任意透過率的光學(xué)元件，具有結(jié)構(gòu)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(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)，搭建了一套測量裝置，對其采集次數(shù)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(xué)元件和兩塊高透光學(xué)元件的反射率、透過率、光學(xué)損耗進行了一維或二維掃描測量，對光學(xué)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(nèi)往返一次的相位延遲的余弦值作為一種客觀的調(diào)腔評價指標(biāo)，

6、該值越接近1，說明光腔調(diào)節(jié)越好。
　?。?）提出了一種既可以用于測量氣體的消光系數(shù)，又可以測量腔鏡的光學(xué)損耗的變腔長光腔衰蕩技術(shù)。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(xiàn)腔長調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)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(shù)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(shù)之比，與用Mie散射理論分析結(jié)果基本