用光腔衰荡法测量高反射率的重复性测试

　　1　引　言

　　目前国内镀制的高反射镜的反射率已达到99.98%以上,为了分析镀制过程中影响薄膜反射率的实验参数,必须对不同参数控制下镀制的反射镜的反 射率进行精确测量,但常用的反射率检测方法如光透射法、多次反射法等,对反射率高于99.96%的高反膜已不能给出准确的结果[1]。光腔衰荡法高反射率 测量仪正是为了解决高反射镜的反射率测量的要求而研制的。

　　根据光腔衰荡光谱(CRDS)技术[2～5],建立了测定镜片反射率的装置,采用直腔和折叠腔相结合的方法测量高反射率[6,7],测量精度 高,可测任意角度的反射率,采用可调谐光参量振荡器(OPO),测试波长范围广,可以满足不同要求的测量。测量结果的重复性是评价该仪器工作性能的重要指 标,也是决定该仪器能否投入使用的关键。现对光腔衰荡法高反射率测量仪分别测量了使用不同反射率的衰荡腔镜下的测试重复性,以及利用不同反射率的腔镜组成 的衰荡腔对同一块测试样品的测量,对实验数据进行了分析和处理,并给出了光腔衰荡法高反射率测量仪重复性的量化结果。

　　2　衰荡法高反射率测量仪的工作原理

　　2.1　衰荡腔的工作原理

　　光腔衰荡光谱实验原理如图1所示,高反射率镜M1和M2构成一个光学谐振腔,当一束脉冲激光沿着光轴入射到光腔内,忽略衍射及散射损耗,单色脉冲光在两个腔镜之间往返振荡时,探测器接收到的光脉冲信号遵从单指数衰减规律。

　　式中I₀为初始光强,τ₀为衰荡寿命。光腔内没有吸收介质时:

　　式中R为腔镜反射率。由此可得腔镜反射率为:

、

　　2.2　折叠型衰荡腔的工作原理

　　折叠衰荡光腔,使光以任意角度入射到待测镜片,如图2所示,(图中测试角度为45°)使两腔镜和待测镜片构成谐振腔,此时将待测镜片作为直腔内的一项损耗,两腔的损耗之差即为被测镜的反射率。τ₀为直型衰荡光腔测得的衰荡寿命,折叠腔的衰荡时间τ为:

待测镜片的反射率为:

　　光腔衰荡实验装置由光源、光束整形、衰荡腔、探测器和示波器等组成,光源采用由YAG激光器泵浦的光参量振荡器(OPO)输出激光,可连续调 谐,波长为1.315μm,能量为3mJ/pulse,脉宽为5ns。腔镜为中科院成都光电技术研究所镀制的凹面高反射镜;探测器使用EOT公司的ET- 3000A型InGaAs探测器,响应时间为400ps;信号记录采用Agilent公司HP54615B型数字存储示波器,采样速率为1G/s。通过 RS-232连接示波器数据采集卡和计算机,对数据采集到计算机进行分析。现实验中采用与红外光同轴的He-Ne激光精细调谐谐振腔镜。