基于损耗特性的光学元件表面质量表征研究

发布时间：2017-07-28 23:05

  本文关键词：基于损耗特性的光学元件表面质量表征研究

  更多相关文章： 光学元件 表面质量 总散射 吸收 表面缺陷 表面粗糙度 激光量热法 表面热透镜技术

【摘要】：随着现代激光技术的不断发展,对光学元件表面质量的要求越来越高。尤其在高功率激光系统中,光学元件的表面质量是限制其进一步发展的重要因素之一。如何准确有效表征光学元件的表面质量,对优化光学元件抛光工艺、优化镀膜工艺以及降低薄膜器件的损耗具有重要的意义。因此,本文主要研究基于散射和吸收损耗特性光学元件的表面质量表征方法和实验探究。本文首先研究了光散射法表征光学元件的表面质量。分别测试了不同表面质量光学元件的总散射值,结果表明表面质量越好的光学元件的总散射值越小,且同一表面质量水平的光学元件总散射值比较接近,总散射值在30ppm以下的,光学元件则可以判定为超光滑表面元件,可以在高功率激光系统中得以应用;同时测试了不同表面质量水平的光学元件的扫描散射图,发现表面质量越好的光学元件的散射图中的缺陷数目越少,且整体总散射值越小。此外,用总散射值和扫描散射图两种方法表征了大口径光学元件的表面质量,两种方法得出的表面质量优劣结论一致。其次,研究了散射图中缺陷与光学元件实际缺陷的关系,结果表明散射图中的缺陷必然包含了光学元件的实际缺陷,但由于测量光斑过大,两者并非一一对应关系;此外,还研究了总散射与表面微观粗糙度、表面缺陷的关系,结果表明光学元件的总散射是由表面微观粗糙度与表面缺陷共同作用的结果,并利用Mie散射理论计算了直径1um表面缺陷的散射值,并设计实验得以验证。最后,用吸收损耗表征光学元件的表面质量。利用激光量热法研究了光学元件镀膜前后的吸收变化,结果表明镀高反射膜后的样品吸收明显降低;并研究了缺陷位置处的吸收,结果表明缺陷位置处的吸收明显增大。利用表面热透镜技术扫描测量光学元件的吸收,研究了吸收扫描图中的缺陷与实际缺陷的关系,结果表明两者位置吻合度好,但由于测量光斑较大,两者尺寸不一致;此外,研究了不同表面质量水平光学元件的扫描吸收图,发现光学元件表面质量越好,吸收图中的缺陷数目越少,且扫描区域的整体吸收值偏小。
【关键词】：光学元件 表面质量 总散射 吸收 表面缺陷 表面粗糙度 激光量热法 表面热透镜技术
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(光电技术研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH74
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 引言9-19
• 1.1 研究背景及研究意义9-10
• 1.2 光学元件表面质量表征的方法10-13
• 1.3 光学元件的缺陷13-14
• 1.4 光学元件的散射和吸收14-18
• 1.4.1 光学元件的散射14-16
• 1.4.2 光学元件的吸收16-18
• 1.5 本论文的研究内容18-19
• 2 散射理论及数值计算19-37
• 2.1 散射理论19-32
• 2.1.1 Kirchhoff近似19-24
• 2.1.2 Rayleigh假设24-26
• 2.1.3 Beckmann散射理论26-28
• 2.1.4 总散射28-29
• 2.1.5 Mie散射理论29-32
• 2.2 数值计算32-36
• 2.2.1 不同表面粗糙度光学元件的散射计算32-33
• 2.2.2 不同尺寸表面缺陷的散射计算33-35
• 2.2.3 光学元件总散射的理论分析35-36
• 本章小结36-37
• 3 光散射法表征光学元件的表面质量37-53
• 3.1 总散射测量装置简介37-38
• 3.2 总散射值法表征光学元件的表面质量38-40
• 3.2.1 实验样品的选择38-39
• 3.2.2 硅基片样品的总散射值39-40
• 3.3 散射图法表征光学元件的表面质量40-46
• 3.3.1 硅基片样品表面缺陷与散射图的关系40-43
• 3.3.2 散射图表征硅基片样品的表面质量43-45
• 3.3.3 光散射法表征大口径光学元件的表面质量45-46
• 3.4 表面微观粗糙度、表面缺陷与散射的关系46-52
• 3.4.1 表面微观粗糙度与总散射的关系46-49
• 3.4.2 表面缺陷与总散射的关系49-52
• 本章小结52-53
• 4 吸收损耗表征光学元件的表面质量53-66
• 4.1 激光量热法测量光学元件的微弱吸收53-59
• 4.1.1 激光量热法53-55
• 4.1.2 硅基片样品镀膜前后吸收的变化55-57
• 4.1.3 光学元件缺陷位置处吸收的变化57-59
• 4.2 表面热透镜法探究光学元件的表面质量59-65
• 4.2.1 表面热透镜法59-61
• 4.2.2 表面热透镜实验装置简介61-62
• 4.2.3 吸收图法表征光学元件的表面质量62-65
• 本章小结65-66
• 5 总结与展望66-68
• 5.1 论文主要工作66-67
• 5.2 对后续工作的建议67-68
• 参考文献68-73
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果73-74

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 力源;用现代方法制造光学元件[J];应用光学;2005年01期

2 ;光学元件库——欧普特科技[J];大学物理;2005年02期

3 ;光学元件库——欧普特科技[J];大学物理;2005年07期

4 ;光学元件库——欧普特科技[J];大学物理;2005年10期

5 ;光学元件库——欧普特科技[J];大学物理;2005年11期

6 于允平;;塑料光学元件的发展及应用[J];光学技术;1990年02期

7 ;光管的灵巧设计可产生合算的光学元件[J];激光与光电子学进展;1997年10期

8 沐仁旺,周进,高文琦;几种有应用前景的二元光学元件的研究[J];激光与红外;1999年03期

9 李瑞琴;;光学元件测试与设备[J];中国光学与应用光学文摘;2001年06期

10 ;光学元件测试与设备[J];中国光学与应用光学文摘;2002年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 李伟;许乔;胡晓阳;;高精度高阈值光学元件制造[A];中国工程物理研究院科技年报（2000）[C];2000年

2 陈晓苹;;光学元件表面质量稳定性预测方法研究[A];第十四届全国光学测试学术讨论会论文（摘要集）[C];2012年

3 梁景芳;李锡善;;大尺寸高精度平面光学元件的制造和检测[A];第九届全国光学测试学术讨论会论文（摘要集）[C];2001年

4 王伟平;;强激光对传输光学元件热效应的数值模拟研究[A];中国工程物理研究院科技年报（2003）[C];2003年

5 黄祖鑫;胡晓阳;周文超;田小强;;光学元件微吸收特性测量仪研制进展[A];第十四届全国光学测试学术讨论会论文（摘要集）[C];2012年

6 张蓉竹;杨春林;许乔;蔡邦维;;强光系统光学元件波前相位梯度分析[A];第九届全国光学测试学术讨论会论文（摘要集）[C];2001年

7 蔡荣;许全益;杨力;伍凡;;高精度同心光学元件制作工艺技术[A];2002年中国光学学会年会论文集[C];2002年

8 邓燕;柴立群;许乔;;强光光学元件波前检测算法[A];中国工程物理研究院科技年报（2005）[C];2005年

9 王占山;张众;吴永荣;陈玲燕;;中子多层膜光学元件研究[A];第三届散裂中子源多学科应用研讨会论文集[C];2006年

10 李思涛;叶嘉雄;阮玉;徐启阳;郭志霞;;二元光学元件的制作及其误差分析[A];湖北省激光学会论文集[C];2000年

中国重要报纸全文数据库 前5条

1 山西长城微光器材股份有限公司 吴宇轩;浅析光学元件的表面质量[N];山西科技报;2011年

2 徐永涛;凤凰光学：光学元件龙头 参股银行[N];中国证券报;2007年

3 ;IBM宣布在激光芯片领域实现重大突破[N];计算机世界;2010年

4 记者 张兆军 通讯员 于万冰;“刻写”世界高精尖[N];科技日报;2001年

5 本报记者 宋广玉　本报通讯员 陈宁 洪立军;南京英田光学攻克激光可控核聚变瓶颈[N];南京日报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前8条

1 师智全;大型固体激光装置光学元件结构稳定性分析研究[D];中国工程物理研究院北京研究生部;2003年

2 彭志涛;强激光复杂光机组件光学元件激光损伤在线检测技术研究[D];中国工程物理研究院;2011年

3 陈晓苹;延长玻璃质光学元件工作寿命的表面强化技术研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2011年

4 冯博;惯性约束聚变终端光学元件损伤在线检测技术研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

5 张蓉竹;ICF系统光学元件高精度波前检测技术研究[D];四川大学;2003年

6 聂娅　;亚波长光学元件的特性及应用研究[D];四川大学;2004年

7 谷勇强;投影光刻物镜光学元件的离子束精修技术研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2013年

8 胡春晖;航天高光谱仪光学元件位置误差影响研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 吕旭冬;基于机器学习的终端光学元件损伤识别及分类研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

2 穆绵;投影法光学元件面形检测技术研究[D];西安工业大学;2013年

3 王文博;大口径快速抛光机设计与相关问题研究[D];中原工学院;2015年

4 张兴鑫;基于损耗特性的光学元件表面质量表征研究[D];中国科学院研究生院(光电技术研究所);2016年

5 余丽芳;大口径光学元件激光预处理系统运动控制软件设计[D];电子科技大学;2012年

6 肖令权;异形光学元件加工技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

7 王美成;小面型光学元件超精密测量误差分离技术研究[D];华中科技大学;2008年

8 荆汝宏;液晶技术用于计算机光学元件的研究[D];电子科技大学;2010年

9 孙红琼;计算机光学元件的特性研究[D];电子科技大学;2007年

10 花明磊;某精密光学元件强度模拟试验系统的冲击特性研究[D];长春理工大学;2011年

，

本文编号：586412