一种光学元件吸收损耗测量的数据处理改进方法

摘要

一种光学元件吸收损耗测量的数据处理改进方法，连续激励光束经透镜聚焦后照射光学元件表面，光学元件因吸收入射激光束能量引起内部温度上升。通过建立一种更能真实反映光学元件所处物理实际的精确温度模型，基于此精确温度模型，通过对一定尺寸不同热物理性质光学元件不同位置温升的数值模拟，得到不同于国际标准ISO11551所采用的最佳温度探测位置。再将温度传感器调至此最佳温度探测位置测量光学元件表面的温度数据，将测量得到的温度数据拟合到国际标准ISO11551中所采用的均匀温度模型得到样品的吸收损耗值。与现有国际标准ISO11551采用固定温度探测位置相比较，本发明提出针对不同待测光学元件尺寸和热物理参数，采用位置可调的温度传感器以实现更精确测量光学元件吸收损耗的目的。

主权项

1.一种光学元件吸收损耗测量的数据处理方法，其特征在于实现步骤如下：(1)连续加热激光束经透镜聚焦后入射在待测光学元件表面，所述光学元件因吸收入射激光束能量，引起光学元件内温度梯度分布；(2)建立精确理论温度模型准确描述所述光学元件因受激光照射所引起的温升分布，并且基于此精确温度模型的数值模拟确定待测光学元件的最佳温度探测位置；所述建立的精确温度模型为：一光斑半径为a的加热激光束照射在半径为b，厚度为d的圆柱型光学元件表面，引起温升分布模型为：ΔT(r，z，t)＝0                    (t＜t_d)$\mathrm{\Delta T}(r,z,t)=\frac{D}{K_{\mathrm{th}}}\frac{A_{0}P}{\pi a^2}\underset{m=1}{\overset{\infty }{\Sigma }}\underset{p=1}{\overset{\infty }{\Sigma }}\frac{1}{N\left({\beta }_m\right)·N\left({\eta }_p\right)}·J_0\left({\beta }_{m}r\right)·({\eta }_p\cos \left({\eta }_{p}z\right)+H\sin \left({\eta }_{p}z\right))$(1)                           (t_d≤t≤t₀)$·(1-\exp (-D({\beta }_m^2+{\eta }_p^2)(t-t_d)))·\frac{{\eta }_p}{D({\beta }_m^2+{\eta }_p^2)}·\frac{a^2}{2}·\exp (-\frac{{\beta }_m^2{a}^2}{8})$(2)$\mathrm{\Delta T}(r,z,t)=\frac{D}{K_{\mathrm{th}}}\frac{A_{0}P}{\pi a^2}\underset{m=1}{\overset{\infty }{\Sigma }}\underset{p=1}{\overset{\infty }{\Sigma }}\frac{1}{N\left({\beta }_m\right)·N\left({\eta }_p\right)}·J_0\left({\beta }_{m}r\right)·({\eta }_p\cos \left({\eta }_{p}z\right)+H\sin \left({\eta }_{p}z\right))·\frac{{\eta }_p}{D({\beta }_m^2+{\eta }_p^2)}$(t＞t₀)$·\frac{a^2}{2}·\exp (-\frac{{\beta }_m^2{a}^2}{8})·(1-\exp (-D({\beta }_m^2+{\eta }_p^2)t_0))·\left(\exp (-D({\beta }_m^2+{\eta }_p^2)(t-t_0)\right)$(3)其中：β_m、η_p分别为满足方程HJ_o(β_mb)＝β_mJ₁(β_mb)、的正根，m和p分别表示满足上述方程的第m和第p个正根，m、p＝1、2、3...；N(β_m)、N(η_p)分别满足：$\frac{1}{N\left({\beta }_m\right)}=\frac{2}{J_0^2\left({\beta }_{m}b\right)}·\frac{{\beta }_m^2}{b^2(H^2+{\beta }_m^2)},\frac{1}{N\left({\eta }_p\right)}=\frac{2}{(d+\frac{H}{{\eta }_p^2+H^2})({\eta }_p^2+H^2)+H}$式中t_d和t₀分别为加热激光束照射光学元件开始时间点和结束时间点，H＝h/K_th，h为待测光学元件与周围环境的热交换系数。D、K_th分别为待测光学元件的热扩散率和热导率；A₀为待测光学元件在入射波长处的吸收损耗值，P为入射激光功率r，z分别表示光学元件上的径向和深度方向的位置坐标；t表示时间；所述的最佳温度探测位置的确定方法为：A.对于已知热导率K_th的待测光学元件，通过不同的待测光学元件半径b和厚度d，在不同径向位置r处温升的精确温度模型数值模拟，用均匀温度模型进行拟合时吸收损耗值最接近假设值的位置即最佳温度探测位置；B.对于未知热导率K_th的待测光学元件，通过对热导率K_th在从0.2到50W/m·K范围内变化时、不同待测光学元件的半径b和厚度d，在不同r位置处温升的精确温度模型数值模拟，用均匀温度模型进行拟合时，吸收损耗拟合值均能接近假设值的温度探测位置即该尺寸光学元件的最佳温度探测位置；(3)将高灵敏度温度探测元件调至最佳温度探测位置处，根据国际标准ISO11551所规定的测量过程测量待测光学元件在激光照射前、照射过程中以及照射后的温度变化数据；(4)再利用国际标准ISO11551中所描述的均匀温度模型拟合所测温度数据得到待测光学元件的吸收损耗绝对值。