一种光腔衰荡的高反射材料的反射率测量系统及方法

本发明涉及高反射率测量领域，具体涉及一种光腔衰荡的高反射材料的反射率测量系统及方法。

背景技术：

1、现代光学技术中，高反射率测量技术是以激光陀螺、高精度无源谐振腔和高功率激光器为代表的多种激光系统的关键技术。在这些激光系统中均使用了大量的高反射率（r>99.99%）光学元件，此类光学元件的反射率精度一定程度上反映了激光系统的性能。众所周知，要想在制造领域上突破更高精度，首先需在检测技术上提高测量精度。

2、通常用来测量样品反射率的方法大致分为以下三种：分光光度法、反射比率法、光腔衰荡法（crd）。分光光度法对于一些反射率达到99.9%以上的高反膜，有样片和无样片时的光强非常接近，要求探测器具有非常高的灵敏度，同时要求光源的输出功率及其稳定；反射比率法结构复杂，要求高稳定性激光源和对参考样品的精确校准等，对光源和光路都有严格要求，尤其是探测器的要求更为苛刻；光腔衰荡法是一种绝对测量方法，具有测量原理简单，测量精度高，反应灵敏，对光源输出功率波动不敏感等优点，是开展高反射率测量的理想方案。

3、光腔衰荡技术属于激光吸收光谱技术中的一种，当激光器输出一束脉冲激光能量，在谐振腔内往返振荡，由于各类损耗包括几何衍射损耗、透射损耗、散射损耗、介质吸收损耗等的存在，激光每次在腔内往返均有部分光功率损失，当腔内光强衰减至初始值1/e经历的时间即为衰荡时间，通过衰荡时间可以直接计算出反射率。然而，光腔衰荡法对于光路对准有要求，每次测量前需要把激光耦合进谐振腔，因此传统的测量方法中每更换一次样品，需要对整体光路进行重新的校准，通常需要借助其他测量设备进行光路的标定。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，提出了一种测量结构简单，效率高的光腔衰荡的高反射材料的反射率测量系统。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：一种光腔衰荡的高反射材料的反射率测量系统，包括反射镜、半投射半反射镜、第一可调测量装置、第二可调测量装置和光屏，

3、所述反射镜设置在半投射半反射镜垂直方向上；

4、所述第一可调测量装置、第二可调测量装置、半透射半反射镜和光屏设置在同一水平方向上；

5、所述第一可调测量装置安装有待测样品a,所述第二可调测量装置安装有待测样品b；

6、所述反射镜用于将耦合激光反射后形成第一反射光并发射到所述半透射半反射镜；

7、所述半投射半反射镜接收到第一次反射光以后一半透射形成透射光，另一半反射形成第二反射光，所述第二反射光反射到待测样品a或/和待测样品b上；

8、所述待测样品a或/和待测样品b接收到第二反射光以后再次反射形成第三反射光，第三反射光通过半透射半反射镜发射到所述光屏上形成光斑。

9、优选地，所述第一可调测量装置和第二可调测量装置均包括上模块、下模块和可调镜架，所述上模块和下模块活动套接连接，所述上模块和下模块套接后结合形成一个长方体。

10、优选地，在所述上模块上通过螺丝固定安装有可调镜架。

11、优选地，所述可调镜架设置有用于安装测试样品的卡槽。

12、优选地，所述第一可调测量装置和第二可调测量装置下方还设置有位移台，所述位移台安装在所述下模块的下方。

13、优选地，所述位移台包括上面板和下面板，所述上面板和下面板通过配合的轨道配合连接。

14、优选地，所述上面板的的右侧设置有螺母，通过旋转通过可带动所述上面板在所述下面板上滑动。

15、一种光腔衰荡的高反射材料的反射率测量方法，应用了上述所述的光腔衰荡的高反射材料的反射率测量系统，该方法步骤如下：

16、步骤s1:校准测量系统的光路系统，使得所述第一可调测量装置上的测试样品x的第三反射光和第二可调测量装置上的测试样品y的第三反射光之间形成平行度夹角α为零；

17、步骤s2:系统校准完成后，取下第一可调测试装置的上模块，将测试样品a安装到可调镜架的卡槽内，将上模块套接到下模块上，依据穿孔法调节反射镜及可调镜架角度确保所述第二反射光垂直入射样品a,此时记录所述第三反射光发射到光屏上斑点的位置；

18、步骤s2:取下第二可调测试装置的上模块，将测试样品b安装到可调镜架的卡槽内，将上模块套接到下模块上，依据穿孔法调节反射镜及可调镜架角度确保所述第二反射光垂直入射样品b；此时记录所述第三反射光发射到光屏上斑点的位置；

19、步骤s3:所述测试样品a的第三反射光和测试样品b的第三反射光之间形成平行度夹角α，微调第二可调测试装置的可调镜架使得α等于0，调试完成；

20、步骤s5:重复步骤s1-s3，采集调试完成后第二反射光从测试样品a投射出的透射光强信号，拟合出衰荡时间，计算出测试样品a的反射率。

21、优选地，所述步骤s1中测试系统校准方法如下：

22、步骤s-1：将两个可调测试装置的上模块和下模块套接固定；

23、步骤s-2：依次将测试样品1和测试样品2分别安装第一可调测试装置和第二可调测试装置上，分别调节两个可调镜架来调节样品水平和竖直倾斜角，依次确保第二反射光垂直入射到测试样品1和测试样品2的中心；

24、步骤s-3：固定好测试样品x,测量其第三反射光在光屏上的光斑位置；固定测试样品y，测量其第三反射光在光屏上的光斑位置；调节样品b，使得测试样品x和测试样品y的第三反射管之间的夹角为0；

25、步骤s1-4:在所述第一可调测试装置和第二可调测试装置的底部增加位移台，调节位移台改变所述测试样品x以及测试样品y之间的距离通过扫描样品之间的距离观察透射光斑模式,找到第一可调测试装置和第二可调测试装置最佳位置点，完成测试系统校准，并不在移动第一可调测试装置和第二可调测试装置的水平位置。

26、优选地，所述步骤s5中计算出测试样品a的反射率的方法如下：

27、步骤s5-1:采集透射光强信号随时间变化量i(t);

28、步骤s5-2:定义初始透射光强衰减到所需的时间为衰荡腔的衰荡时间；

29、步骤s5-3:根据公式=  拟合出衰荡时间；

30、根据，计算出样品反射率r。

31、本发明有益的技术效果：

32、可调测试装置结构简单，上模块和下模块可以套接，替换待测样品室只需取下上模块，整个可调测试装置的位置不用改变，不再需要反复校准，大大提高了测试效率；

33、测量效率高：每块样品可以独立预调位置，减少整体调整难度，提高测量效率；

34、灵活性好：可以通过底部线性位移台的配合，改变测量系统腔长。

技术特征：

1.一种光腔衰荡的高反射材料的反射率测量系统，其特征在于，包括反射镜、半投射半反射镜、第一可调测量装置、第二可调测量装置和光屏，

2.如权利要求1所述的一种光腔衰荡的高反射材料的反射率测量系统，其特征在于，所述第一可调测量装置和第二可调测量装置均包括上模块、下模块和可调镜架，所述上模块和下模块活动套接连接，所述上模块和下模块套接后结合形成一个长方体。

3.如权利要求2所述的一种光腔衰荡的高反射材料的反射率测量系统，其特征在于，在所述上模块上通过螺丝固定安装有可调镜架。

4.如权利要求3所述的一种光腔衰荡的高反射材料的反射率测量系统，其特征在于，所述可调镜架设置有用于安装测试样品的卡槽。

5.如权利要求4所述的一种光腔衰荡的高反射材料的反射率测量系统，其特征在于，所述第一可调测量装置和第二可调测量装置下方还设置有位移台，所述位移台安装在所述下模块的下方。

6.如权利要求5所述的一种光腔衰荡的高反射材料的反射率测量系统，其特征在于，所述位移台包括上面板和下面板，所述上面板和下面板通过配合的轨道配合连接。

7.如权利要求6所述的一种光腔衰荡的高反射材料的反射率测量系统，其特征在于，所述上面板的的右侧设置有螺母，通过旋转通过可带动所述上面板在所述下面板上滑动。

8.一种光腔衰荡的高反射材料的反射率测量方法，应用了如权利要求1-7任一所述的种快速测量高反射率的测量系统，其特征在于，该方法步骤如下：

9.如权利要求8所述的一种光腔衰荡的高反射材料的反射率测量方法，其特征在于，所述步骤s1中测试系统校准方法如下：

10.如权利要求8所述的一种光腔衰荡的高反射材料的反射率测量方法，其特征在于，所述步骤s5中计算出计算出测试样品a的反射率的方法如下：

技术总结
本发明公开了一种光腔衰荡的高反射材料的反射率测量系统，包括反射镜、半投射半反射镜、第一可调测量装置、第二可调测量装置和光屏，所述反射镜设置在半投射半反射镜垂直方向上；所述反射镜用于将耦合激光反射后形成第一反射光并发射到所述半透射半反射镜；所述半投射半反射镜接收到第一次反射光以后一半透射形成透射光，另一半反射形成第二反射光，所述第二反射光反射到待测样品A或/和待测样品B上；所述待测样品A或/和待测样品B接收到第二反射光以后再次反射形成第三反射光，第三反射光通过半透射半反射镜发射到所述光屏上形成光斑。可调测试装置结构简单，调节方便，通过上模块和下模块可以不不需要反复校准，测量效率高，灵活性好。

技术研发人员：张善超,朱鹏
受保护的技术使用者：华南师范大学
技术研发日：
技术公布日：2025/1/6