低损耗光学元件散射特性测试技术研究

低损耗光学元件和光学薄膜的表面散射等参数的测量对获取表面微观几何形状的信息、评价光学表面的微观质量、提高光学薄膜的质量以及改进薄膜沉积工艺等方面都具有重要的现实意义。因此,本文研究了用于测量低损耗光学元件散射率的光学系统。本文深入研究了散射光测量的方法,提出了测量系统的设计方案：以积分球为核心,并利用相关检测技术,实现了在强噪声背景下对微弱积分与背向散射光信号的采集和处理分析。系统的硬件部分主要由光路系统、样品操作控制、信号采集控制三个模块组成。其中光路系统实现了光源的调制,偏振态的选择,光能量的控制,激光光束整形及杂散光的消除；样品操作控制设计实现了样品的易放置且无损表面的要求；信号采集控制模块实现了强噪声下微弱光信号的提取。系统软件从主界面上调用各个功能模块,实现了智能化测量。系统软件设计基于LabVIEW平台,开发出的系统软件分为五大模块：用户登录模块、基准光测试模块、积分散射测试模块、背向散射测试模块、生成报表模块。通过软硬件的系统集成,研制出性能良好的光学测量系统。详细分析了测量数据,并对系统的测量误差也做了分析与讨论。本测试系统光能量和光偏振态均可调整,实现了同一台仪器上高信噪比、大动态范围的低损耗样品(如高反射镜等)的积分散射率、背向散射率等多参数自动化测量。研制的测量系统能够对全反基片的积分散射率和背向散射率进行高精度测量,散射率动态范围可达10～10000ppm,在10～100ppm范围内重复性测量误差为±2ppm；在100～1000ppm范围内为±5ppm；在1000～10000ppm范围内为±10ppm。