平面反射镜反射率检测系统研究

　　0 引 言

　　在高功率激光系统中用到了大量的平面反射类光学元件，这些元件的反射率直接影响系统的输出能量，因此在检测环节中对如实反映元件的该项指标提出了很高的要求。另外，该项指标的精确测量对改进光学元件的镀膜工艺，提高膜层质量具有重要意义。

　　目前，国内光学元件的反射率测量方法大部分仅限于单色光束，还不具备在连续光谱范围的检测能力，同时其测量光束口径较小，测量结果仅能反映光学元件局部点在特定波长的反射率。而从国外PerkinElmer 公司购买的分光光度计的测量光束口径也不超过 10mm，同样不具备反射率的大口径检测能力^{[1 ～3]，}因此对光学元件反射率的大口径检测方法的研究是目前亟待解决的问题。常用的检测光学元件反射率的方法有单次反射法^[4]多次反射法和 VW 测量法等。单次反射测量法用的是被测元件反射光强 IR与入射光强 I0的比值，但检测结果常常会因为在测量入射光强 I0和反射光强 IR时探测器各点灵敏度不同而引入较大的测量误差。多次反射法是被测元件对入射光源进行 N 次反射，然后再将反射光强与入射光强的比值开 N 次方根，此方法的测量精度比单次反射测量精度高，但测量结果常常会受到光源功率稳定性的影响。VW 测量法可以兼顾单次反射法和多次反射法的不足，在测量过程中光电探测器位置不变，且反射次数为 2 次，因此其精度较单次反射测量法高，且测量结果受光源功率稳定性影响小。另外，以上三种测量方法的测量光源为单波长光源，因此不具备测量连续光谱范围的光学元件反射率的能力。

　　本文在双光束分光光度法基础上建立了 VW 测量平台，并将测量光束口径扩大，最终可实现在连续光谱范围内对光学元件反射率的大口径、高精度测量。

　　1 系统工作原理

　　1. 1 系统结构

　　光学元件反射率检测系统由光源、单色系统^[5，6]、分光系统、VW 测量腔、数据采集系统等四部分组成。其结构如图 1 所示。

　　光源由氘灯( DL) 、钨灯( HL) 以及光源选择反射镜组成，分别提供紫外、可见、近红外和红外波段光源，根据测量波段的需要，通过光源选择反射镜进行光源的切换。单色系统主要是将光源发出的光变为波长连续可调的单色光，主要由光栅、准直镜和两个由步进电机驱动的狭缝组成。分光系统由分光棱镜和四象限斩波器组成，由单色系统出射的波长连续的单色光经分光棱镜分光后变为两束能量比为常数的单色光，一束为测量光，另一束为参考光，两束光经四象限斩波器调制成明暗交替变化的光束，从而两路光可分别被同一光电探测器交替接收。VW测量腔由扩束系统、缩束系统和 VW 测量平台组成，主要实现光束的扩束和缩束，以满足光学元件反射率的大口径检测的需要。VW 型测量光束可保证光束两次通过被测元件，提高了测量精度。数据采集系统由光电探测器组成，积分球主要使测量光束和参考光束均匀化，使探测器接收的光束强度均匀。