申请/专利权人：电子科技大学

申请日：2023-12-18

公开（公告）日：2024-03-26

公开（公告）号：CN117760698A

主分类号：G01M11/02

分类号：G01M11/02

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.04.12#实质审查的生效;2024.03.26#公开

摘要：本发明涉及一种基于环形腔光腔衰荡技术测量高反射光学元件前向和背向散射的方法，通过采用三通道光腔衰荡技术同步测量输出腔镜透射的、待测光学元件在一定立体角内前向散射以及背向散射的光腔衰荡信号。在三路光腔衰荡信号的衰荡时间一致时通过两路散射信号各自与透射信号幅值的比值和输出腔镜的透射率计算待测光学元件在环形腔中的前向与背向在一定立体角内的散射值。本方法可以在环形腔中直接测得待测元件在谐振腔工作时真实的散射值，并且由于采用光腔衰荡技术具备散射测量的灵敏度高、测量精度高、测量结果不受环境杂散光影响等优点。

主权项：1.一种基于环形腔光腔衰荡技术的反射光学元件前向和背向散射绝对测量方法，其实现步骤如下：步骤1、测量激光器1束腰位置与大小，使用CCD相机测量激光在不同空间位置的光斑大小，利用高斯光束的传输特性对激光在不同位置的光斑大小进行拟合，计算得到激光的束腰位置与大小；计算耦合透镜4的焦距以及需要放置的位置，激光经过耦合透镜4实现激光器与环形谐振腔的横模匹配，即激光器1转换后的束腰与环形谐振腔束腰位置重合，大小相同；步骤2、建立三通道光腔衰荡测量装置：光源1选用连续激光器，激光经过声光调制器2，用于当环形腔输出信号大于设定阈值时通过声光调制器截断激光；激光经过平面镜3反射后，经过耦合透镜4实现激光与环形谐振腔的横模匹配，根据光腔衰荡技术，将激光注入到稳定环形谐振腔；由两块高反射的平面腔镜5、6和两块高反射的球面反射腔镜7、8构成稳定环形谐振腔，其中腔镜6为输出镜，入射激光光束通过平面镜5注入环形谐振腔，并在谐振腔内振荡；同步探测三路光腔衰荡信号：1从输出腔镜6透射的光信号经过可切换的光学衰减片14以及聚焦透镜15聚焦到第一光电探测器16探测；2从待测腔镜7沿着激光传播方向的正向散射的光信号经过离轴抛物镜对10和11聚焦到第二光电探测器18探测，带小孔的离轴抛物镜10让腔内激光束穿过并收集前向散射，离轴抛物镜11将收集的前向散射聚焦到第二光电探测器18中；3从待测腔镜7逆着激光传播方向的背向散射经带小孔的离轴抛物镜9收集，背向散射经聚焦透镜13聚焦到第三光电探测器17探测，背向散射的立体角大小经过可调光阑12调节；背向散射信号很小，光电探测器17需要使用灵敏度高的光电探测器探测背向散射信号；步骤3、调节腔镜俯仰角使腔内振荡；光电探测器16输出的电信号连接到阈值触发电路21；在光电探测器16输出的电信号幅值达到阈值触发电路21设定的阈值电压时，阈值触发电路发送给声光调制器2对应关断的信号沿达到截断激光器的效果，产生衰荡信号；第一光电探测器16、第二光电探测器18和第三光电探测器17同步记录从输出腔镜6的透射、待测腔镜7的前向散射与背向散射的光腔衰荡信号，探测的光腔衰荡信号由数据采集卡19采集，并送入计算机20进行数据处理；分别按照单指数衰荡函数A1为光腔衰荡信号幅值，B1为直流偏置，t为时间，τ1为衰荡时间拟合输出腔镜6透射的光腔衰荡信号，得到透射衰荡信号幅值A1和衰荡时间τ1；按单指数衰荡函数A2为光腔衰荡信号幅值，B2为直流偏置，t为时间，τ2为衰荡时间拟合待测腔镜7前向散射的光腔衰荡信号，得到前向散射衰荡信号幅值A2和衰荡时间τ2；按单指数衰荡函数A3为光腔衰荡信号幅值，B3为直流偏置，t为时间，τ3为衰荡时间拟合待测腔镜7背向散射的光腔衰荡信号，得到背向散射衰荡信号幅值A3和衰荡时间τ3；步骤4、对三路光电探测器进行标定；第一光电探测器与第二光电探测器是同类型探测器，直接将同一光源分别聚焦到两光电探测器上，两者的幅值比即为第一光电探测器与第二光电探测器的校准因子M12；第三探测器17是灵敏度高的光电倍增管，标定时需要借助前向散射来间接标定，先用第二光电探测器18测得前向散射的大小，再将第三探测器放在第二光电探测器18的位置上再次测量前向散射值，根据两者测量的前向散射值应该相同来标定第三光电探测器与第二光电探测器的比值，由前面已经测的第一与第二光电探测器的校准因子，可以得到第一与第三光电探测器的校准因子M13；步骤5、通过下述公式计算得到待测腔镜7在一定立体角的前向与背向散射值；前向散射值S1＝M12×A2A1×10OD×T，其中OD为光学衰减片14的光学密度，T为输出腔镜6的透过率；背向散射值S2＝M13×A3A1×10OD×T；步骤6、调节可调光阑12的口径改变对应背向散射收集的立体角，测量不同收集立体角时的散射值，得到一定立体角范围内散射与收集立体角的关系曲线。

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百度查询： 电子科技大学 一种基于环形腔光腔衰荡技术的反射光学元件前向和背向散射绝对测量方法

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