平顶光束激励下表面热透镜法测量薄膜吸收的方法研究

摘要

吸收损耗是衡量光学薄膜性能的重要指标之一。尤其在高功率激光作用下，吸收损耗不仅会引起光学薄膜元件的热畸变，影响激光传输特性，还会降低薄膜的损伤阈值。准确测量吸收损耗对于评价高功率激光薄膜和优化镀膜工艺十分重要。现代光学系统中常用光学薄膜的吸收率在10－4－10－7范围内，而传统的薄膜吸收测量方法，如分光光度法、消光系数法等因其灵敏度低，无法满足测量要求。
　　光热技术的发展为光学薄膜微弱吸收测量提供了新的手段，表面热透镜技术(STL)作为光热技术测量光学薄膜微弱吸收的一种重要方法，在上世纪九十年代初，由Kuo和Saito分别提出。由于它既保持了光热偏转技术高灵敏性、高精度和非接触的优点，又能获得完整的表面形变的分布，因而得到广泛的应用。用于表面热透镜技术的激励光主要有高斯光束和平顶光束。以前的表面热透镜装置中，多使用高斯光束作为激励光，但由于高功率激光器一般为多模输出，要获得严格的基模高斯光束比较困难，而平顶光束可以通过在激光器前加一定大小的光阑实现，降低了对激光光束质量的要求，更有利于实际的测量。且使用平顶光束作为激励光可以提高光学薄膜微弱吸收的测量精度。
　　本论文提出采用连续调制的平顶光束作为激励光的表面热透镜技术测量薄膜吸收的方法，主要开展了如下工作：
　　1．建立了连续调制的平顶光束作用下样品的表面热透镜信号模型。采用积分变换法求解了样品内的热传导方程，推导出三维温度场分布。求解对应的热弹方程，得到表面形变场分布。
　　2．通过数值模拟，比较了平顶光束和高斯光束激励下样品内部温度场、表面形变场和探测光衍射信号的径向分布。分析了两种情况下激励光斑、调制频率、探测距离等实验参数对表面热透镜信号的影响。计算结果表明，平顶光束激励下的表面热透镜系统比高斯光束有更高的灵敏度。
　　3．建立了表面热透镜实验测量系统。提出了在样品表面获得平顶光束的有效方法。测量了信号的衍射分布，信号与激励光功率、激励光斑半径、调制频率、探测距离的关系，与理论吻合较好。并通过实验，讨论了由于探测光斜入射对表面热透镜系统的影响。

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第一章 绪论

1.1 薄膜微弱吸收测量的背景和意义

1.2吸收测量方法

1.3 光热技术吸收测量的发展和现状

1.4 本论文的选题和研究内容

第二章 平顶光束激励下表面热透镜信号的理论研究

2.1表面热透镜理论模型

2.2数值模拟

第三章 平顶光束激励下表面热透镜信号实验装置的搭建

3.1实验系统及装置说明

3.2实验装置的搭建

3.3 样品表面平顶光束的确定

3.4 小结

第四章 平顶光束激励下的表面热透镜技术实验信号分析

4.1 表面热透镜信号的衍射分布

4.2 表面热透镜信号与各实验参数的关系

4.3 探测光斜入射对表面热透镜信号的影响

4.4 方波调制的表面热透镜信号波形

4.5 小结

第五章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 本文创新点

5.3 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文