本文關(guān)鍵詞：基于損耗特性的光學(xué)元件表面質(zhì)量表征研究

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【摘要】：隨著現(xiàn)代激光技術(shù)的不斷發(fā)展,對(duì)光學(xué)元件表面質(zhì)量的要求越來越高。尤其在高功率激光系統(tǒng)中,光學(xué)元件的表面質(zhì)量是限制其進(jìn)一步發(fā)展的重要因素之一。如何準(zhǔn)確有效表征光學(xué)元件的表面質(zhì)量,對(duì)優(yōu)化光學(xué)元件拋光工藝、優(yōu)化鍍膜工藝以及降低薄膜器件的損耗具有重要的意義。因此,本文主要研究基于散射和吸收損耗特性光學(xué)元件的表面質(zhì)量表征方法和實(shí)驗(yàn)探究。本文首先研究了光散射法表征光學(xué)元件的表面質(zhì)量。分別測(cè)試了不同表面質(zhì)量光學(xué)元件的總散射值,結(jié)果表明表面質(zhì)量越好的光學(xué)元件的總散射值越小,且同一表面質(zhì)量水平的光學(xué)元件總散射值比較接近,總散射值在30ppm以下的,光學(xué)元件則可以判定為超光滑表面元件,可以在高功率激光系統(tǒng)中得以應(yīng)用;同時(shí)測(cè)試了不同表面質(zhì)量水平的光學(xué)元件的掃描散射圖,發(fā)現(xiàn)表面質(zhì)量越好的光學(xué)元件的散射圖中的缺陷數(shù)目越少,且整體總散射值越小。此外,用總散射值和掃描散射圖兩種方法表征了大口徑光學(xué)元件的表面質(zhì)量,兩種方法得出的表面質(zhì)量優(yōu)劣結(jié)論一致。其次,研究了散射圖中缺陷與光學(xué)元件實(shí)際缺陷的關(guān)系,結(jié)果表明散射圖中的缺陷必然包含了光學(xué)元件的實(shí)際缺陷,但由于測(cè)量光斑過大,兩者并非一一對(duì)應(yīng)關(guān)系;此外,還研究了總散射與表面微觀粗糙度、表面缺陷的關(guān)系,結(jié)果表明光學(xué)元件的總散射是由表面微觀粗糙度與表面缺陷共同作用的結(jié)果,并利用Mie散射理論計(jì)算了直徑1um表面缺陷的散射值,并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)得以驗(yàn)證。最后,用吸收損耗表征光學(xué)元件的表面質(zhì)量。利用激光量熱法研究了光學(xué)元件鍍膜前后的吸收變化,結(jié)果表明鍍高反射膜后的樣品吸收明顯降低;并研究了缺陷位置處的吸收,結(jié)果表明缺陷位置處的吸收明顯增大。利用表面熱透鏡技術(shù)掃描測(cè)量光學(xué)元件的吸收,研究了吸收掃描圖中的缺陷與實(shí)際缺陷的關(guān)系,結(jié)果表明兩者位置吻合度好,但由于測(cè)量光斑較大,兩者尺寸不一致;此外,研究了不同表面質(zhì)量水平光學(xué)元件的掃描吸收?qǐng)D,發(fā)現(xiàn)光學(xué)元件表面質(zhì)量越好,吸收?qǐng)D中的缺陷數(shù)目越少,且掃描區(qū)域的整體吸收值偏小。
【關(guān)鍵詞】：光學(xué)元件 表面質(zhì)量 總散射 吸收 表面缺陷 表面粗糙度 激光量熱法 表面熱透鏡技術(shù)
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH74
【目錄】：

• 致謝3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 引言9-19
• 1.1 研究背景及研究意義9-10
• 1.2 光學(xué)元件表面質(zhì)量表征的方法10-13
• 1.3 光學(xué)元件的缺陷13-14
• 1.4 光學(xué)元件的散射和吸收14-18
• 1.4.1 光學(xué)元件的散射14-16
• 1.4.2 光學(xué)元件的吸收16-18
• 1.5 本論文的研究內(nèi)容18-19
• 2 散射理論及數(shù)值計(jì)算19-37
• 2.1 散射理論19-32
• 2.1.1 Kirchhoff近似19-24
• 2.1.2 Rayleigh假設(shè)24-26
• 2.1.3 Beckmann散射理論26-28
• 2.1.4 總散射28-29
• 2.1.5 Mie散射理論29-32
• 2.2 數(shù)值計(jì)算32-36
• 2.2.1 不同表面粗糙度光學(xué)元件的散射計(jì)算32-33
• 2.2.2 不同尺寸表面缺陷的散射計(jì)算33-35
• 2.2.3 光學(xué)元件總散射的理論分析35-36
• 本章小結(jié)36-37
• 3 光散射法表征光學(xué)元件的表面質(zhì)量37-53
• 3.1 總散射測(cè)量裝置簡(jiǎn)介37-38
• 3.2 總散射值法表征光學(xué)元件的表面質(zhì)量38-40
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)樣品的選擇38-39
• 3.2.2 硅基片樣品的總散射值39-40
• 3.3 散射圖法表征光學(xué)元件的表面質(zhì)量40-46
• 3.3.1 硅基片樣品表面缺陷與散射圖的關(guān)系40-43
• 3.3.2 散射圖表征硅基片樣品的表面質(zhì)量43-45
• 3.3.3 光散射法表征大口徑光學(xué)元件的表面質(zhì)量45-46
• 3.4 表面微觀粗糙度、表面缺陷與散射的關(guān)系46-52
• 3.4.1 表面微觀粗糙度與總散射的關(guān)系46-49
• 3.4.2 表面缺陷與總散射的關(guān)系49-52
• 本章小結(jié)52-53
• 4 吸收損耗表征光學(xué)元件的表面質(zhì)量53-66
• 4.1 激光量熱法測(cè)量光學(xué)元件的微弱吸收53-59
• 4.1.1 激光量熱法53-55
• 4.1.2 硅基片樣品鍍膜前后吸收的變化55-57
• 4.1.3 光學(xué)元件缺陷位置處吸收的變化57-59
• 4.2 表面熱透鏡法探究光學(xué)元件的表面質(zhì)量59-65
• 4.2.1 表面熱透鏡法59-61
• 4.2.2 表面熱透鏡實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介61-62
• 4.2.3 吸收?qǐng)D法表征光學(xué)元件的表面質(zhì)量62-65
• 本章小結(jié)65-66
• 5 總結(jié)與展望66-68
• 5.1 論文主要工作66-67
• 5.2 對(duì)后續(xù)工作的建議67-68
• 參考文獻(xiàn)68-73
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果73-74

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