1．測量材料吸收系數(shù)的意義：

隨著高能激光的發(fā)展，對(duì)光學(xué)材料提出越來越高的要求，而光學(xué)材料由于制造工藝（生長工藝）、原材料雜質(zhì)的存在，不可避免的存在吸收。隨著光學(xué)材料研究的進(jìn)一步深入，人們對(duì)于材料吸收系數(shù)的研究越來越深刻。研究發(fā)現(xiàn)，光學(xué)材料吸收電磁波后，能將電磁波能量轉(zhuǎn)換成熱能，從而引起光學(xué)材料內(nèi)部溫度升高。大的吸收系數(shù)是限制高能激光發(fā)展的主要因素之一，尤其對(duì)于強(qiáng)激光系統(tǒng)。據(jù)國外研究表明，100ppm／cm的吸收系數(shù)會(huì)導(dǎo)致光學(xué)材料約0．4°的升溫，進(jìn)而導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

如圖1所示，當(dāng)用強(qiáng)的激光照射某一透鏡時(shí)，該介質(zhì)可將吸收的能量周期性地轉(zhuǎn)變成熱能，使材料本身及周圍介質(zhì)的溫度升高，從而引起其折射率的變化，使得透鏡的焦距發(fā)生改變，引起波形變化、退偏等現(xiàn)象產(chǎn)生，進(jìn)而使得激光系統(tǒng)不穩(wěn)定。傳統(tǒng)意義的測量方法是無法測量到ppm量級(jí)的吸收系數(shù)，而如此小的吸收系數(shù)就能給您的應(yīng)用帶來不可想象的困難。因此，很有必要測量材料的吸收系數(shù)，通過測量吸收系數(shù)一方面可以為您選擇合適的光學(xué)材料，另一方面可以幫助材料生產(chǎn)廠家在研究造成吸收大的原因時(shí)，從源頭上解決吸收問題。國家在做點(diǎn)火項(xiàng)目，現(xiàn)在應(yīng)用的非線性晶體是KDP晶體，該材料吸收系數(shù)就明顯偏大，相信通過我們的設(shè)備可以幫助他們找到吸收變大的原因。

圖1 材料的弱吸收引起焦距變化示意圖

2．測量光學(xué)薄膜吸收的意義

光學(xué)薄膜的吸收過大會(huì)導(dǎo)致薄膜的損傷，因此有必要測量薄膜的吸收，并通過測量薄膜的弱吸收達(dá)到以下目的：

A． 選擇合適的膜料；

B． 改進(jìn)鍍膜工藝參數(shù)（比如溫度、離子源強(qiáng)度等）；

C． 改進(jìn)拋光基片質(zhì)量（膜層吸收偏大，也有可能是基片的拋光參數(shù)不合適或者擦拭溶液不合適）

3．弱吸收測量的主要方法及優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

為了改善光學(xué)材料或光學(xué)薄膜的質(zhì)量，需要精確測量其微弱吸收。吸收系數(shù)的測量傳統(tǒng)意義上一般采用分光光度計(jì)進(jìn)行研究，但是其測量精度只到0．1％，而要測得ppm量級(jí)的吸收系數(shù)的主要測量技術(shù)有：光熱偏轉(zhuǎn)法、表面熱透鏡法、光熱輻射技術(shù)、激光量熱技術(shù)及光聲光譜技術(shù)等等。

光熱偏轉(zhuǎn)技術(shù)和光聲光譜技術(shù)的原理很相似，但檢測方法不同，前者更具有優(yōu)越性：（1）光熱偏轉(zhuǎn)技術(shù)有更高的靈敏度；

（2）光熱偏轉(zhuǎn)技術(shù)可通過信號(hào)幅度和相位來區(qū)別薄膜測量中的襯底和偏轉(zhuǎn)介質(zhì)的吸收；

（3）在光聲光譜技術(shù)中，散射光可引起背景噪聲，但在光熱偏轉(zhuǎn)技術(shù)中，只要散射光 不沿著光探針方向，則散射光影響就很小；

（4）光聲光譜技術(shù)中，樣品須裝在盒內(nèi)，因而樣品盒反射容易引起噪聲，而光熱偏轉(zhuǎn)技術(shù)不存在上述問題，樣品容易安裝，且可進(jìn)行實(shí)時(shí)測量。

光熱偏轉(zhuǎn)技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種新型的熱波探測技術(shù)，并已廣泛用于研究光學(xué)薄膜的吸收特性。光熱偏轉(zhuǎn)技術(shù)具有靈敏度高，實(shí)驗(yàn)裝置相對(duì)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，可對(duì)高腐蝕性樣品進(jìn)行非接觸檢測，以及能區(qū)分體吸收和面吸收等許多突出優(yōu)點(diǎn)，使其成為測量光學(xué)薄膜微弱吸收及激光損傷機(jī)理研究的重要手段之一。

目前商業(yè)化應(yīng)用的方法有兩種，一種是表面熱透鏡法，一種是光熱偏轉(zhuǎn)法。對(duì)于前者，目前商業(yè)化的儀器做得比較成功，但是它仍存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)：

（1）對(duì)于泵浦激光要求偏高，要求極好的光束質(zhì)量；

（2）泵浦激光的波長范圍受限制，一套系統(tǒng)往往最多只能配2個(gè)波長的泵浦激光器；

（3）對(duì)于反射測量，尤其是要求多入射角測量時(shí)，操作及其麻煩；

（4）實(shí)際上并不能通過一次性測量得到表面吸收（膜層吸收）與體吸收系數(shù)；

（5）系統(tǒng)測試實(shí)際是通過一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)片校驗(yàn)作為依據(jù)，對(duì)于不同材料并不能得到絕對(duì)吸收，所得結(jié)果往往只是相對(duì)吸收系數(shù)。

對(duì)于后者，往往認(rèn)為其難以調(diào)試，對(duì)環(huán)境依賴性高而加以偏見。我們這款弱吸收測量儀全面克服了目前商業(yè)化應(yīng)用的弱吸收儀的缺點(diǎn)，它是基于光熱偏轉(zhuǎn)原理制成的。

圖2 光熱偏轉(zhuǎn)法的示意圖

光熱偏轉(zhuǎn)法示意圖如圖2所示。當(dāng)一束被頻率調(diào)制的激光入射到樣品表面后，若樣品是不透明的，則樣品表面會(huì)吸收激光能量并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽谄錅\表層形成穩(wěn)定的周期性調(diào)制熱源，熱波向樣品內(nèi)部及空氣中傳播，在樣品表面的空氣層中就建立了周期性調(diào)制的溫度梯度場。由于媒質(zhì)的折射率是溫度的函數(shù)，這就導(dǎo)致空氣中產(chǎn)生時(shí)變頻率與激光的調(diào)制頻率相同的折射率梯度場。當(dāng)檢測激光在加熱激光聚焦點(diǎn)處平行于樣品表面掠過（距樣品表面高度一般小于空氣中的熱波波長）時(shí)，由于此溫度梯度場的存在，檢測光束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的大小與樣品表面的溫度梯度成正比。測量時(shí)，使檢測光束在加熱激光聚焦點(diǎn)處平行于樣品表面掃過，其偏轉(zhuǎn)角將隨熱源的距離而改變。光熱偏轉(zhuǎn)技術(shù)是對(duì)吸收能量的直接測量，因?yàn)楣鉄崞D(zhuǎn)在很大范圍內(nèi)與吸收的光功率是線性的，并且對(duì)散射光很不靈敏。