专利名称：大口径光学元件透射率和反射率的测量装置和测量方法
技术领域：
本发明涉及光学测量，特别是一种大口径光学元件透射率和反射率的测量装置。
背景技术：
在高能激光装置中，镀膜光学元件膜层的透过率和反射率及其均勻性，作为大口 径光学元件镀膜的重要技术指标，直接影响到透过激光的光束质量及能量分布。而光学元 件膜层的光、电、磁、机械等性能易受环境影响，进而影响到光学元件的透过率和反射率，最 终导致透过激光的性能变差。为有助于光束质量的控制和提高激光参数测量的准确性，需 要对光学元件的透过率和反射率及其均勻性做出科学的实时检测，为后续激光补偿系统提 供科学依据。目前，美国国家点火装置(NIF)及其光学元件供应商已经发展了适用于高能 激光的大口径光学元件的透射率和反射率的测量设备。但在国内市场上，现有光学元件透 过率和反射率的检测仪器还很难满足高能激光装置的特殊需求。目前在测量方法上，为了减少光源或光路引起的功率不稳定性的影响，国内外普 遍采用双光路方法来测定光学元件的透过率和反射率，即先校准，不放入待测光学元件，测 量参考光路和测量光路功率比值，得到校准系数；再放入待测光学元件，分别测量透射光和 反射光与参考光功率的比值，除以各自的校准系数从而得到被测光学元件的透射率和反射率。如图1，光源后加入斩波器03利用锁相放大技术来减少系统随机噪声，其光路结 构如图ι所示。01是固体激光器或者卤素灯加单色仪，输出激光波长为1064nm，与起偏器 02构成光源，斩波器03由电机04驱动，给光源加上调制信号，光分光棱镜05将光束分为参 考光束和测量光束，参考光路由光电探测器07探测，测量过程分为校准和测量两步第一 步不加入光学元件06，直接在分光棱镜05后加上光电探测器08或者09，输出的电压信号 经A/D板010采集，由微型计算机011处理，可求出两个校准系数k,(对应反射率)和kt (对 应透射率)；第二步，测量时，加入光学元件06，如图1。光学元件06放在一个可以旋转平 移从而进行两位扫描和入射角度定位的支撑平台上，光束以一定的角度入射到光学元件06 经反射和透射后到达光电探测器08和光电探测器09，经分光棱镜05分出的另一路参考光 入射到探测器07上，光电测器07、08、09将探测到的激光信号处理放大后由数据采集卡010 转换成数字信号，经微型计算机11处理计算出被测光学元件06每个扫描点的透射率和反 射率。但是目前这种测量装置的主要问题在于一、加入斩波器和锁相放大器减少随机噪声的却引入了影响较大的电子噪声，同 时增加了操作的复杂程度；二、装置扫描测量大口径光学元件的透射率和反射率及其均勻性时，耗时太长，检 测效率不高，同时环境的湿度、温度等因素都可能随着时间发生变化，引起更多测量误差。

发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的问题，提供一种大口径光学元件透射率和 反射率的测量装置和测量方法，达到设备简、易测量、精度高、效率高的目的。本发明的技术解决方案如下一种大口径光学元件的透射率和反射率的测量装置，特点在于其构成包括测量光源由1053nm固体激光器和起偏器构成，连续激光波长为1053nm，功率连续 可调，最高可达650mw ；准直光源由532nm激光器和扩束系统构成，波长为532nm的可见光，在所述的固体 激光器和起偏器之间的光路上设置第一分光棱镜，由所述的532nm激光器和扩束系统输出 的激光经所述的第一分光棱镜耦合与所述的测量光源输出的激光共光路；所述的测量光源或准直光源发出的激光经第二分光棱镜分成第一次反射光和第 一次透射光，在第一次反射光方向依次由衰减片、第一干涉滤波片和第一光电探测器构成 参考光的探测光路，所述的第一光电探测器的输出信号经前置放大后输入到数据采集卡； 在第一次透射光方向设置被测光学元件和第三分光棱镜；所述的待测光学元件置于两维电动扫描样品平台的支撑平台上并固定，所述的支 撑平台由大行程二维滑动导轨和伺服电机组成，构成闭环自动控制扫描系统，实现单点扫 描的精确定位；所述的第一次透射光经所述的待测光学元件产生测量反射光和测量透射光，该测 量透射光由第三分光棱镜分成第二次透射光和第二次反射光第二次透射光经第二干涉滤 波片和第二光电探测器探测后经数据采集卡采集进入计算机，在第二次反射光方向依次是 第一成像透镜、第一科学级网络(XD，该第一科学级网络CXD的输出端经第一网线与所述的 计算机相连，构成透射光预成像系统，兼有监测透射光斑在所述的第二光电探测器上位置 变动，由计算机反馈控制第二光电探测器的位置；所述的测量反射光，由第四分光棱镜分成第三次透射光和第三次反射光该第三 次透射光经第三干涉滤波片和第三光电探测器接收后经所述的数据采集卡采集进入所述 的计算机；在该第三次反射光方向依次是第二成像透镜、第二科学级网络CCD，该第二科学 级网络CCD的输出端经第二网线与所述的计算机相连，构成反射光预成像系统，兼有监测反 射光斑在所述的第三光电探测器上位置变动，由计算机反馈控制第三光电探测器的位置。利用上述装置进行大口径光学元件透射率和反射率的测量方法，其包括下列步 骤一、调整光路①首先通过两小孔定直线方法，调整准直光源和测量光源，使所述的准直光源发 出的准直光束经第一分光棱镜耦合进测量光路中，与所述的测量光源发出的测量光束的输 出光严格共轴，在第一分光棱镜后共光路；②移开第一干涉滤波片、第二干涉滤波片和第三干涉滤波片，打开准直光源，调整 第二分光棱镜的入射面与入射的准直光束垂直，在所述的第二分光棱镜的反射光路设置第 一光电探测器，使反射光束的光斑位于第一光电探测器的中心位置，然后在所述的第二分 光棱镜和第一光电探测器之间依次设置衰减片和第一干涉滤光片，此称为参考光路；③在所述的第二分光棱镜的透射光路上放入第四分光棱镜、第三干涉滤光片和第三光电探测器，输出的电压信号经所述的数据采集卡采集和计算机处理，求出两路光的功 率比，即反射率校准系数撤去第四分光棱镜、第三干涉滤波片和第三光电探测器，换上第三分光棱镜、第二 干涉滤波片和第二光电探测器，测量透射率校准系数kt ；④利用准直光源布置测量光路，将待测光学元件固定在所述的支撑平台上，调节 好入射光与待测光学元件的前表面法线的角度，其反射光经第四分光棱镜分成反射光和透 射光，该反射光经第二成像透镜和第二科学级网络CXD形成监测光经第第二网线由所述的 计算机接收，所述的透射光经所述的第三干涉滤波片和第三光电探测器构成反射率测量光 路；在所述的待测光学元件的透射光路设置第三分光棱镜，调节所述的第二干涉滤波 片和第二光电探测器，使准直光斑在所述第二光电探测器的中心位置，调节所述的第一成 像透镜和第一科学级网络(XD，使准直光斑在所述的第一科学级网络CXD的中心位置；⑤打开准直光源和第一科学级网络(XD、第二科学级网络CXD开关，准直的532nm 光的反射图和透射图宏观地分别成像在所述第二科学级网络CCD和第一科学级网络CCD 上，初步反映待测光学元件镜面各处的反射率均勻性，为选择性区域扫描提供依据，以提高 扫描效率，对所述待测光学元件的测量区域按分区域设定扫描间隔，不均勻的地方间隔小， 实现精密扫描，或只扫描设定的区域，划分区域并设定好扫描间隔后，关闭准直光源；二、测量①打开测量光源和所述的第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器，进 行同步扫描测量，所述的计算机运行控制程序通过伺服电机驱动所述的滑动导轨的运动， 使测量光照射在所述的待测光学元件的测量起始点，计算机令初始位置为(X = 0，Y = 0)， 测量程序启动后，测量开始②计算机的定时器Timer发出一个脉冲给第二伺服电机，该第二伺服电机驱动待 测光学元件，使测量光束照射待测光学元件的位置(X = 1，Y = 1)，计算机记录该位置(1， 1)；所述的第一光电探测器、第二光电探测器和第三光电探测器将探测的信号经所述的数 据采集卡输入所述的计算机，计算机批量采集后存至缓存区，再对缓存区的数据分别进行 加和求平均，分别得到所述的第一光电探测器、第二光电探测器和第三光电探测器的信号 平均值，分别记为Mi、M2、M3，求出待测光学元件的坐标(1，1)点的反射率为R(U) = M2ZiM1和 透射率为Tiia) = M3ZiM1 ；用所述的校准系数校准，获得R' (ia) =^^)/^,1' (ia) = T(ia)/ Kt，在位置(1，1)，实时画出反射率R' (u)和透射率T' (u)的图像；③计算机的定时器Timer发出一个脉冲给第二伺服步进电机，使测量光束照射另 一位置(χ = 2,y = 1)，重复上述过程，获得 R' (2a) = R^d/K^T' (2a) = T(2a)/Kt，在位置 0，1)实时画出反射率R' d和透射率T' ^a)的图像；④重复第③步，直至测量光束照射待测光学元件最右边的位置(χ = m，y = 1)，获 得R' (ffl,D = R(ffl,i)/Kr;T' ^1) = Ty/Kt，在位置(m，l)实时画出反射率R' (ma)和透射率 T' (^1)的图像；⑤计算机的定时器Timer向第一伺服步进电机和第三伺服步进电机发出一个脉 冲，使待测光学元件沿Y轴行走一个扫描间隔的步数，计算机记录测量光束的照射位置(χ = m，y = 2并实时采集数据进行处理，获得R' (ffl,2) = R(ffl,2)/Kr, T' ο·』=T(m,2)/Kt，在位置
7(m, 1)实时画出反射率R' (ffl,2)和透射率T' (ffl,2)的图像；计算机的定时器发出Timer发出 脉冲给第二伺服步进电机，使光束照射位置沿X轴负向行走，……，直至在位置(1，2)，实时 画出反射率R' 和透射率T' (u)的图像；⑥计算机的定时器Timer向第一伺服步进电机和第三伺服步进电机发出一个脉 冲，使待测光学元件沿Y轴行走一个扫描间隔的步数，重复上述②至第⑤步，实时处理实时 显示扫描点(X，Y)处的R' (X,Y)和τ' (χ,γ)，即获得待测的光学元件的反射率和透射率图像；⑦同时，所述第一科学级网络CXD和第二科学级网络CXD监测待测光学元件的反 射或者透射的光斑在所述第二光电探测器、第三光电探测器上的位置，偏出有效位置时，计 算机及时反馈控制所述第二光电探测器、第三光电探测器至合适位置。本发明具有如下优点1、引入准直光源，利用它可以便于调整光路，提高精度。2、准直光源及其扩束系统与连接到计算机的科学级网络CXD构成预成像系统，提 高测量效率；兼有监测透射光斑在所述光电探测器上位置变动，由计算机反馈控制光电探 测器的位置。3、选用较高功率的测量光源和高动态范围的光电探测器，使得系统的信噪比足够 高，不需要锁相放大器，设备简单。


图1是现有的大口径光学元件透射率和反射率的测量装置的示意2是本发明大口径光学元件透射率和反射率的测量装置的光路示意3是两维电动扫描样品平台的主视图
图4是校准过程光路原理示意1中01-固体激光器，02-起偏器，03-斩波器，04-电机，05-光分光棱镜，06-待 测光学元件，07、08、09-光电探测器，010-数据采集卡，011-计算机。图2中l-1053nm固体激光器，2-第-分光棱镜，3-扩束系统，4-532nm激光器， 5-起偏器，6-第二分光棱镜，7-衰减片，8-第一干涉滤波片，9-第一光电探测器，10-被测 光学元件，11第三分光棱镜，12-第一成像透镜，13-第一科学级网络(XD，14-第二干涉滤波 片，15-第二光电探测器，16-第四分光棱镜，17-第二成像透镜，18-第三光电探测器，19-第 三干涉滤波片，20-第二科学级网络(XD，21-数据采集卡，22-计算机，23-第一网线，24-第 二网线，25-第一伺服步进电机，26,30-滑动导轨，27-第二伺服步进电机，28-第三伺服步 进电机，29-支撑平台。
具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。先请参阅图2和图3，图2是本发明大口径光学元件透射率和反射率测量装置的光 路示意图，图3是两维电动扫描样品平台的主视图，由图可见，本发明大口径光学元件透射 率和反射率测量装置，其构成包括固体激光器1和起偏器5构成测量光源，连续激光波长为1053nm，功率连续可调，
8最高可达650mw ；532nm激光器4和扩束系统3构成准直光源，波长为532nm的可见光，经第一分光 棱镜2耦合进测量光路，便于光路调整和提高准直精度；第二分光棱镜6将所述激光分成参考光和测量光，由衰减片7、第一干涉滤波片8 和第一光电探测器9构成参考光的探测光路，所述的第一光电探测器9的输出信号经前置 放大后输入到数据采集卡21 ；光源不动，待测光学元件10放在两维电动扫描样品平台的支撑平台四上，由支撑 架固定，所述支撑平台四由大行程二维电动丝杆滑动导轨26、30和三个伺服电机25、27、观 组成，构成闭环自动控制扫描系统，实现单点扫描的精确定位；测量光经被测光学元件10透射后，由第三分光棱镜11分成透射光和反射光该透 射光由第二干涉滤波片14滤除杂散光后，再由高动态范围的第二光电探测器15接收经数 据采集卡21进入微型计算机22，反射光经第一成像透镜12、第一科学级网络(XD13和网线 23进入计算机22，构成透射光预成像系统，兼有监测透射光斑在所述的第二光电探测器15 上位置变动，由计算机22反馈控制第二光电探测器15的位置；测量光经所述待测光学元件10反射后，由第四分光棱镜16分成透射光和反射光 透射光经第三干涉滤波片19、第三光电探测器20经数据采集卡21采集后进入计算机22， 反射光经第二成像透镜17、第二科学级网络CXD 18和网线23进入计算机22接收，构成反 射光预成像系统，兼有监测反射光斑在所述的第三光电探测器00)上的位置变动，由计算 机0 反馈控制第三光电探测器(18)的位置；。其中，固体激光器1的型号为YLF，偏振器5型号为格兰泰勒棱镜，待测光学元件 10的尺寸为400讓*400111111，光电探测器9、15、20的型号为PDA100A。利用所述的测量装置实现大口径光学元件的单点扫描测量透射率和反射率的方 法，包括如下步骤一、调整光路①首先通过两小孔定直线方法，调整准直光源和测量光源，使所述的准直光源发 出的准直光束经第一分光棱镜2耦合进测量光路中，与所述的测量光源发出的测量光束的 输出光严格共轴，在第一分光棱镜2后共光路；②移开第一干涉滤波片8、第二干涉滤波片14和第三干涉滤波片19，利用准直光 源布置光路，调整第二分光棱镜6的入射面与入射的准直光束垂直，在所述的第二分光棱 镜6的反射光路设置第一光电探测器9，使反射光束的光斑位于第一光电探测器9的中心位 置，然后在所述的第二分光棱镜6和第一光电探测器9之间依次设置衰减片7和第一干涉 滤光片8，此称为参考光路；③如图4所示，在所述的第二分光棱镜6的透射光路上放入第四分光棱镜16、第三 干涉滤光片19和第三光电探测器20，输出的电压信号经所述的数据采集卡21采集和计算 机22处理，求出两路光的功率比，即反射率校准系数& ；撤去第四分光棱镜16、第三干涉滤波片19和第三光电探测器20，换上第三分光棱 镜11、第二干涉滤波片14和第二光电探测器15，测量透射率校准系数kt ；④利用准直光源布置测量光路，将待测光学元件10通过紧固架固定在所述的支 撑平台四上，调节好入射光与待测光学元件10的前表面法线的角度，其反射光经第四分光棱镜16分成反射光和透射光，该反射光经第二成像透镜17和第二科学级网络(XD18形成 监测光经第第二网线由所述的计算机22接收，所述的透射光经所述的第三干涉滤波片19 和第三光电探测器20构成反射率测量光路；经所述的待测光学元件10的透射光路设置第三分光棱镜11，调节所述的第二干 涉滤波片14和第二光电探测器15，使准直光斑在所述第二光电探测器15的中心位置，调 节所述的第一成像透镜12和第一科学级网络CCD13，使准直光斑在所述的第一科学级网络 CCD 13的中心位置；⑤打开准直光源和第一科学级网络(XD13、第二科学级网络(XD18开关，准直的 532nm光的反射图和透射图宏观地分别成像在所述第二科学级网络CXD 18和第一科学级 网络CCD13上，初步反映待测光学元件10镜面各处的反射率均勻性，为选择性区域扫描提 供依据，以提高扫描效率，对所述待测光学元件10的测量区域按分区域设定扫描间隔，不 均勻的地方间隔小，实现精密扫描，或只扫描设定的区域，划分区域并设定好扫描间隔后， 关闭准直光源；二、测量①打开测量光源和所述的第一光电探测器9、第二光电探测器15、第三光电探测 器20，进行同步扫描测量，所述的计算机22运行控制程序通过伺服电机驱动所述的平台 29,使所述的待测光学元件10在滑动导轨沈上运动，使测量光照射在所述的待测光学元件 10的测量起始点，计算机22初始位置为(X = 0，Y = 0)，测量程序启动后，测量开始②计算机的定时器Timer发出一个脉冲给第二伺服步进电机27，该第二伺服步进 电机驱动待测光学元件10，使测量光束照射待测光学元件10的位置(X = 1，Y = 1)，计算 机记录该位置(1，1)；所述的第一光电探测器9、第二光电探测器15和第三光电探测器20 将探测所述的待测光学元件10的信号经所述的数据采集卡21输入所述的计算机22，计算 机批量采集后存至缓存区，再对缓存区的数据分别进行加和求平均，分别得到所述的第一 光电探测器9、第二光电探测器15和第三光电探测器20的信号平均值，分别记为MpM2、M3， 求出(1，1)点的反射率为Ru) = M2ZM1和透射率为Iai) = M3ZiM1 ；用所述的校准系数校准， 获得R' (ljl) =R(ljl)/Kr,T' (u) = Tu/X，在位置(1，1)，实时画出反射率R' (U)和透射 率T' (U)的图像；③计算机的定时器Timer发出一个脉冲给第二伺服步进电机27，使测量光束照射 另一位置(x = 2，y= 1)，重复上述过程，获得R' (2A)=R(2A)/Kr,T te』=T(2a)/Kt，在位 置(2，1)实时画出反射率R' D和透射率T' D的图像；④重复第③步，直至测量光束照射待测光学元件最右边的位置(χ = m，y = 1)，获 得R' (ffl,D = R(ffl,i)/Kr;T' ^1) = Ty/Kt，在位置(m，l)实时画出反射率R' (ma)和透射率 T' ο·』的图像；⑤计算机的定时器Timer向第一伺服步进电机25和第三伺服步进电机观发出一 个脉冲，使待测光学元件10沿Y轴行走一个扫描间隔的步数，计算机记录测量光束的照射 位置(X = m，y = 2并实时采集数据进行处理，获得R' (ffl,2) = R(ffl,2)/Kr, T' (ffl,2) = T(ffl,2)/ Kt，在位置(m，l)实时画出反射率R' (ffl,2)和透射率T' (ffl,2)的图像；计算机的定时器发出 Timer发出脉冲给第二伺服步进电机27，使光束照射位置沿X轴负向行走，……，直至在位 置(1，2)，实时画出反射率R' (u)和透射率T' 的图像；
⑥计算机的定时器Timer向第一伺服步进电机25和第三伺服步进电机观发出一 个脉冲，使待测光学元件10沿Y轴行走一个扫描间隔的步数，重复上述②至第⑤步，实时处 理实时显示扫描点(X，Y)处的R' (χ,γ)和T' (χ,γ)，即获得待测的光学元件10的反射率和 透射率图像；⑦同时，所述第一科学级网络(XD13和第二科学级网络(XD18监测待测光学元件 10的反射或者透射的光斑在所述第二光电探测器15、第三光电探测器20上的位置，偏出有 效位置时，计算机22及时反馈控制所述第二光电探测器15、第三光电探测器20至合适位置。实验表明，本发明装置和方法具有结构简易、调整方便、效率和精度高的特点，重 复测量精度达到0. 05%。
权利要求
1.一种大口径光学元件的透射率和反射率的测量装置，特征在于其构成包括测量光源由1053nm固体激光器(1)和起偏器( 构成，连续激光波长为1053nm，功率 连续可调，最高可达650mw ；准直光源由532nm激光器(4)和扩束系统( 构成，波长为532nm的可见光，在所述的 固体激光器(1)和起偏器( 之间的光路上设置第一分光棱镜( ，由所述的532nm激光器 (4)和扩束系统C3)输出的激光经所述的第一分光棱镜( 耦合与所述的测量光源输出的 激光共光路；所述的测量光源或准直光源发出的激光经第二分光棱镜(6)分成第一次反射光和第 一次透射光，在第一次反射光方向依次由衰减片(7)、第一干涉滤波片(8)和第一光电探测 器(9)构成参考光的探测光路，所述的第一光电探测器(9)的输出信号经前置放大后输入 到数据采集卡；在第一次透射光方向设置被测光学元件(10)和第三分光棱镜(11)；所述的待测光学元件(10)置于两维电动扫描样品平台的支撑平台09)上并固定，所 述的支撑平台09)由大行程二维滑动导轨(沈、30)和伺服电机05、27、28)组成，构成闭 环自动控制扫描系统，实现单点扫描的精确定位；所述的第一次透射光经所述的待测光学元件(10)产生测量反射光和测量透射光，该 测量透射光由第三分光棱镜(11)分成第二次透射光和第二次反射光第二次透射光经第 二干涉滤波片(14)和第二光电探测器(1 探测后经数据采集卡采集进入计算机 (22)，在第二次反射光方向依次是第一成像透镜(1 、第一科学级网络CXD(U)，该第一科 学级网络CCD(U)的输出端经第一网线与所述的计算机0 相连，构成透射光预成 像系统，兼有监测透射光斑在所述的第二光电探测器(1 上位置变动，由计算机0 反馈 控制第二光电探测器(1 的位置；所述的测量反射光，由第四分光棱镜(16)分成第三次透射光和第三次反射光该第三 次透射光经第三干涉滤波片(19)和第三光电探测器OO)接收后经所述的数据采集卡 采集进入所述的计算机0 ；在该第三次反射光方向依次是第二成像透镜(17)、第二科学 级网络CXD(IS)，该第二科学级网络CXD(IS)的输出端经第二网线04)与所述的计算机 (22)相连，构成反射光预成像系统，兼有监测反射光斑在所述的第三光电探测器OO)上位 置变动，由计算机0 反馈控制第三光电探测器OO)的位置。
2.利用权利要求1所述的装置进行大口径光学元件透射率和反射率的测量方法，其特 征在于包括下列步骤一、调整光路①首先通过两小孔定直线方法，调整准直光源和测量光源，使所述的准直光源发出的 准直光束经第一分光棱镜( 耦合进测量光路中，与所述的测量光源发出的测量光束的输 出光严格共轴，在第一分光棱镜( 后共光路；②移开第一干涉滤波片(8)、第二干涉滤波片(14)和第三干涉滤波片(19)，打开准直 光源，调整第二分光棱镜(6)的入射面与入射的准直光束垂直，在所述的第二分光棱镜(6) 的反射光路设置第一光电探测器(9)，使反射光束的光斑位于第一光电探测器(9)的中心 位置，然后在所述的第二分光棱镜(6)和第一光电探测器(9)之间依次设置衰减片(7)和 第一干涉滤光片(8)，此称为参考光路；③在所述的第二分光棱镜(6)的透射光路上放入第四分光棱镜(16)、第三干涉滤光片(19)和第三光电探测器(20)，输出的电压信号经所述的数据采集卡采集和计算机 (22)处理，求出两路光的功率比，即反射率校准系数& ；撤去第四分光棱镜(16)、第三干涉滤波片(19)和第三光电探测器(20)，换上第三分光 棱镜(11)、第二干涉滤波片(14)和第二光电探测器(15)，测量透射率校准系数kt ；④利用准直光源布置测量光路，将待测光学元件(10)通过紧固架固定在所述的支撑 平台09)上，调节好入射光与待测光学元件(10)的前表面法线的角度，其反射光经第四 分光棱镜(16)分成反射光和透射光，该反射光经第二成像透镜(17)和第二科学级网络 CCD(IS)形成监测光经第第二网线由所述的计算机0 接收，所述的透射光经所述的第三 干涉滤波片(19)和第三光电探测器OO)构成反射率测量光路；在所述的待测光学元件(10)的透射光路设置第三分光棱镜(11)，调节所述的第二干 涉滤波片(14)和第二光电探测器(15)，使准直光斑在所述第二光电探测器(1 的中心位 置，调节所述的第一成像透镜(1 和第一科学级网络CCD(U)，使准直光斑在所述的第一 科学级网络(XD(13)的中心位置；⑤打开准直光源和第一科学级网络CCD(U)、第二科学级网络CCD(IS)开关，准直的 532nm光的反射图和透射图宏观地分别成像在所述第二科学级网络CXD(IS)和第一科学级 网络CCD (13)上，初步反映待测光学元件(10)镜面各处的反射率均勻性，为选择性区域扫 描提供依据，以提高扫描效率，对所述待测光学元件(10)的测量区域按分区域设定扫描间 隔，不均勻的地方间隔小，实现精密扫描，或只扫描设定的区域，划分区域并设定好扫描间 隔后，关闭准直光源；二、测量①打开测量光源和所述的第一光电探测器(9)、第二光电探测器(15)、第三光电探测 器(20)，进行同步扫描测量，所述的计算机0 运行控制程序通过伺服电机05、27、28)驱 动所述的滑动导轨(26、30)的运动，使测量光照射在所述的待测光学元件(10)的测量起始 点，计算机02)初始位置为(X = 0，Y = 0)，测量程序启动后，测量开始②计算机的定时器Timer发出一个脉冲给第二伺服电机(JT)，该第二伺服电机驱动待 测光学元件(10)，使测量光束照射待测光学元件(10)的位置(X = 1，Y = 1)，计算机记录 该位置(1，1)；所述的第一光电探测器(9)、第二光电探测器(1 和第三光电探测器00) 将探测的信号经所述的数据采集卡输入所述的计算机(22)，计算机批量采集后存至 缓存区，再对缓存区的数据分别进行加和求平均，分别得到所述的第一光电探测器(9)、第 二光电探测器(1 和第三光电探测器OO)的信号平均值，分别记为Μ”Μ2、Μ3，求出待测光 学元件(10)的坐标(1，1)点的反射率为R(ia) = M2ZM1和透射率为Taa) = M3ZiM1 ；用所述的 校准系数校准，获得R' (1,D = R(U1)Ar, Τ’ ai) =IWKt,在位置(1，1)，实时画出反射率 R' (L1)禾口透身寸率T' (ljl) 的图像；③计算机的定时器Timer发出一个脉冲给第二伺服步进电机(27)，使测量光束照射另 一位置(x = 2，y= 1)，重复上述过程，获得R' (2A)=R(2A)/Kr,T te』=T(2a)/Kt，在位置 0，1)实时画出反射率R' D和透射率T' ^a)的图像；④重复第③步，直至测量光束照射待测光学元件最右边的位置(χ= m，y = 1)，获得 R' (m,i) = R(ma)/Kr，T' = T0lia)/!^在位置(m，l)实时画出反射率R' 和透射率 T’ (^1)的图像；⑤计算机的定时器Timer向第一伺服步进电机0 和第三伺服步进电机08)发出一 个脉冲，使待测光学元件(10)沿Y轴行走一个扫描间隔的步数，计算机记录测量光束的照 射位置(χ = m，y = 2并实时采集数据进行处理，获得R’ (ffl,2) = R(ffl,2)/Kr, T' (ffl,2) = T(ffl,2)/ Kt，在位置(m，l)实时画出反射率R' (ffl,2)和透射率T' (ffl,2)的图像；计算机的定时器发出 Timer发出脉冲给第二伺服步进电机(27)，使光束照射位置沿X轴负向行走，……，直至在 位置(1，2)，实时画出反射率R' (u)和透射率T' (u)的图像；⑥计算机的定时器Timer向 第一伺服步进电机0 和第三伺服步进电机08)发出一个脉冲，使待测光学元件(10)沿 Y轴行走一个扫描间隔的步数，重复上述②至第⑤步，实时处理实时显示扫描点(X，Y)处的 R' (Χ,Υ)和T' (χ,γ)，即获得待测的光学元件(10)的反射率和透射率图像；⑦同时，所述第一科学级网络CCD(U)和第二科学级网络CCD(IS)监测待测光学元件 (10)的反射或者透射的光斑在所述第二光电探测器(15)、第三光电探测器OO)上的位置， 偏出有效位置时，计算机0 及时反馈控制所述第二光电探测器(15)、第三光电探测器 (20)至合适位置。
全文摘要
一种大口径光学元件透射率和反射率的测量装置和测量方法，装置由光学系统、光电转换和机械控制系统及信号处理系统构成。光学系统包括固体激光器、起偏器、用于调整光路和预成像的可见光光源及其扩束系统、分光棱镜和衰减片；光电转换和机械控制系统包括光电探测器、科学级网络CCD和元件支撑平台；信号处理系统由数据采集卡、网线和计算机组成。科学级网络CCD实现所述光电探测器上光斑位置的监测，反馈调整探测器至最佳位置，同时也监测反射或透射光束的宏观分布图，反映反射率或透射率的均匀性。本发明装置和方法具有结构简易、调整方便、效率和精度高的特点，重复测量精度达到0.05％。
文档编号G01M11/02GK102062678SQ201010568739
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月1日 优先权日2010年12月1日
发明者唐顺兴, 张春香, 惠宏超, 朱宝强, 缪洁, 郭亚晶, 高妍琦 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所