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CN111948179A - 用于校准高透反射率测量系统的标准结构及校准方法 - Google Patents

用于校准高透反射率测量系统的标准结构及校准方法 Download PDF

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CN111948179A CN202010679089.4A CN202010679089A CN111948179A CN 111948179 A CN111948179 A CN 111948179A CN 202010679089 A CN202010679089 A CN 202010679089A CN 111948179 A CN111948179 A CN 111948179A
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Shanghai Hengyi Optical Precision Machinery Co ltd
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
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Abstract

一种用于校准高透反射率测量系统的标准结构，包括二氧化碳气源、真空泵、阀门1、阀门2、腔体和空气压力计，所述的二氧化碳气源通过管道与所述的腔体相连接，所述的管道内安装所述的阀门1，所述的真空泵通过管道与所述的腔体相连接，所述的管道内安装所述的阀门2，所述的空气压力计通过管道与所述的腔体相连接。本发明标准结构解决了现有高透反射率测量系统无法校准的问题，可实现0.99到0.99999范围内高透反射率的校准。

Description

用于校准高透反射率测量系统的标准结构及校准方法
技术领域
本发明涉及高透反射率的测量，特别是一种用于校准高透反射率测量系统的标准结构及校准方法。
背景技术
具有极高透射率和极高反射率(高于99.9％)的光学元件在引力波观测、激光陀螺仪、高功率激光器等领域中有非常广泛的应用，在这些系统中，光学元件的透射率和反射率直接决定到了光学系统的一系列重要参数，因此高透射率和高反射率的准确测量具有重要的意义。
目前常见的高透射率和高反射率测量方法主要有光度法和衰荡测量法，这些系统都可以完成高透射率和高反射率的测量。但是由于缺乏标准物质，因此，不能对现有的测量系统进行校准，高透射率和高反射率测量结果的准确性因而不可预知。
发明内容
为了解决现有高透射率和高反射率测量系统无法校准的问题，本发明提供一种用于校准高透反射率测量系统的标准结构及校准方法，可实现0.99到0.99999范围内高透反射率的校准。
本发明的技术解决方案如下：
一种用于校准高透反射率测量系统的标准结构，其特点在于该标准结构包括二氧化碳气源、真空泵、阀门1、阀门2、腔体和空气压力计，所述的二氧化碳气源通过管道与所述的腔体相连接，所述的管道内安装所述的阀门1，所述的真空泵通过管道与所述的腔体相连接，所述的管道内安装所述的阀门2，所述的空气压力计通过管道与所述的腔体相连接。
利用上述标准结构对高透反射率测量系统的校准方法，包括以下步骤：
1)系统安装：在高透反射率测量系统中，安装标准结构的腔体，即使激光器输出的激光经所述腔体的入射端口进入所述腔体、经所述腔体的出射端口输出，被参考光探测器和测试光探测器收集；
2)关闭所述的激光器，利用数据采集器采集参考光探测器和测试光探测器收集到的光强信号，分别记为
Figure BDA0002585127610000021
和
Figure BDA0002585127610000022
3)打开所述的激光器，把激光器的波长设置为1053.1526nm，利用真空泵把所述的腔体内部的压强抽到1Pa以下；
4)利用数据采集器，同时采集参考光探测器和测试光探测器收集到的光强信号，分别记为
Figure BDA0002585127610000023
和
Figure BDA0002585127610000024
5)利用二氧化碳泵，往所述的腔体内部冲入二氧化碳气体，压强达到一个标准大气压；
6)利用所述的数据采集器，同时采集参考光探测器和测试光探测器收集到的光强信号，分别记为
Figure BDA0002585127610000025
和
Figure BDA0002585127610000026
7)利用如下公式计算二氧化碳气体的透过率的实验测量值：
Figure BDA0002585127610000027
8)比较1053.1526nm波长位置处透过率的理论值(0.99273)和实验测量值，即可完成0.99273附近处高透反射率的校准；
9)依次在1054.9046nm，1054.9191nm，1054.9413nm，1054.9636nm和1055.0304nm的波长位置处，重复步骤3)～8)，分别完成0.99651，0.99890，0.99976，0.99990和0.99996附近处高透反射率的校准；
10)利用真空泵把腔体内部的压强抽到1Pa以下，把待测样品移入测量光路中，测量样品的透过率。
标准样品的工作原理是，二氧化碳气体在一定条件下的透过率是已知的。表1所示为利用国际标准数据库HITRAN/HITEMP计算得到的二氧化碳气体在一定条件(纯度、温度、压强、吸收长度、波长)下的理论透过率，可以看出该条件下的二氧化碳气体可以用于0.99到0.99999范围内高透反射率的校准。
表1二氧化碳气体的理论透过率
Figure BDA0002585127610000031
本发明的优点如下：
本标准结构解决了现有高透反射率测量系统无法校准的问题，可实现0.99到0.99999范围内高透反射率的校准。
附图说明
图1是本发明用于校准高透反射率测量系统的标准结构的结构示意图。
图中：1-腔体、2-二氧化碳气源、3-第一阀门、4-真空泵、5-第二阀门、6-空气压力计。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1：
先请参阅图1，图1是本发明用于校准高透反射率测量系统的标准结构的结构示意图，由图可见，本发明用于校准高透反射率测量系统的标准结构，其特点在于该标准结构包括腔体1、二氧化碳气源2、第一阀门3、真空泵4、第二阀门5和空气压力计6，所述的二氧化碳气源通过管道与所述的腔体相连接，所述的管道内安装所述的第一阀门，所述的真空泵通过管道与所述的腔体相连接，所述的管道内安装所述第二的阀门，所述的空气压力计通过管道与所述的腔体相连接。其中，真空泵出自莱宝，型号为SV40B。腔体出自Thorlabs，型号为HC10L-M02。
利用本实施例标准结构，对高透反射率测量系统的校准方法，包括以下步骤：
1)系统安装：在高透反射率测量系统中，安装标准结构的腔体，即使激光器输出的激光经所述腔体的入射端口进入所述腔体、经所述腔体的出射端口输出，被参考光探测器和测试光探测器收集；
2)关闭所述的激光器，利用数据采集器采集参考光探测器和测试光探测器收集到的光强信号，分别记为
Figure BDA0002585127610000041
和
Figure BDA0002585127610000042
3)打开所述的激光器，把激光器的波长设置为1053.1526nm，利用真空泵把所述的腔体内部的压强抽到1Pa以下；
4)利用数据采集器，同时采集参考光探测器和测试光探测器收集到的光强信号，分别记为
Figure BDA0002585127610000051
和
Figure BDA0002585127610000052
5)利用二氧化碳泵，往所述的腔体内部冲入二氧化碳气体，压强达到一个标准大气压；
6)利用所述的数据采集器，同时采集参考光探测器和测试光探测器收集到的光强信号，分别记为
Figure BDA0002585127610000053
和
Figure BDA0002585127610000054
7)利用如下公式计算二氧化碳气体的透过率的实验测量值：
Figure BDA0002585127610000055
8)比较1053.1526nm波长位置处透过率的理论值(0.99273)和实验测量值，即可完成0.99273附近处高透反射率的校准；
9)依次在1054.9046nm，1054.9191nm，1054.9413nm，1054.9636nm和1055.0304nm的波长位置处，重复步骤3)～8)，分别完成0.99651，0.99890，0.99976，0.99990和0.99996附近处高透反射率的校准；
10)利用真空泵把腔体内部的压强抽到1Pa以下，把待测样品移入测量光路中，测量样品的透过率。
下表为利用本发明用于校准高透反射率测量系统的标准结构对某高透反射率测量系统的校准结果。
Figure BDA0002585127610000056
Figure BDA0002585127610000061
Figure BDA0002585127610000071
可以看出，在测量0.99和0.999的高透反射率时，测量精度较高，在测量0.9999的高透反射率时，已经无法得到准确的结果。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于校准高透反射率测量系统的标准结构，其特征在于该标准结构包括腔体(1)、二氧化碳气源(2)、第一阀门(3)、真空泵(4)、第二阀门(5)和空气压力计(6)，所述的二氧化碳气源(2)通过第一管道经第一阀门(3)与所述的腔体(1)相连，所述的真空泵(4)通过第二管道经第二阀门(5)与所述的腔体(1)相连，所述的空气压力计(6)通过第三管道与所述的腔体(1)相连接。
2.利用权利要求1所述的标准结构，对高透反射率测量系统的校准方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
1)系统安装：在高透反射率测量系统中，安装标准结构的腔体(1)，使激光器输出的激光经所述腔体(1)的入射端口进入所述腔体(1)、经所述腔体(1)的出射端口输出，被参考光探测器和测试光探测器收集；
2)关闭所述的激光器，利用数据采集器采集参考光探测器和测试光探测器收集到的光强信号，分别记为
Figure FDA0002585127600000011
和
Figure FDA0002585127600000012
3)打开所述的激光器，把激光器的波长设置为λ，利用所述的真空泵(4)把所述的腔体(1)内部的压强抽到1Pa以下；
4)利用数据采集器采集参考光探测器和测试光探测器收集到的光强信号，分别记为
Figure FDA0002585127600000013
和
Figure FDA0002585127600000014
5)利用二氧化碳气源(2)，往所述的腔体(1)内部冲入二氧化碳气体，压强达到一个标准大气压；
6)利用数据采集器，采集参考光探测器和测试光探测器收集到的光强信号，分别记为
Figure FDA0002585127600000015
和
Figure FDA0002585127600000016
7)计算激光器的波长λ时，二氧化碳气体透过率的实验测量值T，公式如下：
Figure FDA0002585127600000021
8)比较波长λ处透过率的理论值F和实验测量值T，完成校准。
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