基底对光学薄膜弱吸收测量的影响

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1、!第"#卷!第$期强激光与粒子束%&’("#，)&($!!$**+年$月,-.,/0123456235)7/538-942:25;6<=>(，$**+!文章编号：!"**"?@A$$（$**+）*$?*$B+?*B!基底对光学薄膜弱吸收测量的影响"，$"""李!霞，!贺洪波，!赵元安，!范正修（"!中国科学院上海光学精密机械研究所，上海$*"C**；!$!中国科学院研究生院，北京"***A#）!!摘!要：!对表面热透镜技术测量光学薄膜弱吸收低频调制时不同基底对测量的影响进行了理论分析。用4DE>FD—#**分光光度计测量了G#和石英基底的8HA0B单层膜的吸收值，将该组样品作为定标片

2、；用表面热透镜装置分别测量了:G+和石英空白基底及,I0$，JK0两组不同基底不同厚度单层膜样品的吸收。通过分析比较同一工艺条件下镀制的不同基底薄膜样品用与其同种和不同种基底定标片定标测量的结果，表明在低频测量时需要用与测量样品同种基底的定标片定标；不同厚度样品的测量结果表明，在不能严格满足热薄条件时，测量结果需引入修正值。!!关键词：!表面热透镜技术；!薄膜；!弱吸收；!定标；!基底!!中图分类号：!0@A$($!!!!文献标识码：!5!!光学薄膜是光学系统尤其是强激光系统中不可缺少的基本元件。薄膜的吸收损耗和热物性能直接影响光［"］束质量和激光损伤阈值等，所以需要对薄膜的吸收做准

3、确的测量。LM!!目前性能优异的常用薄膜（如高反膜、增透膜、滤光片等）在可见及近红外波段的吸收率已低达"*量级，LCLA甚至接近"*量级。但传统的分光光度法的吸收率测量灵敏度通常低于"*量级，激光量热法的吸收率测量LB［$］灵敏度通常低于"*量级，已不能满足高精度测量的要求。而光热技术作为一种高灵敏度的检测技术，已［A?@］经得到越来越广泛的应用。表面热透镜技术（684）作为近年来发展起来的测量薄膜弱吸收的一种光热技术，具有灵敏度高、调节方便等优点。!!要得到较为准确的测量结果，定标的准确性起着决定性作用。通常光热技术的定标是先用分光光度法等确定一个大吸收样品的吸收率，再将其作为光热

4、测量中的比对标准片。本文讨论了表面热透镜技术用于测量薄膜弱吸收时，基底对定标测量的影响。"#表面热透镜技术简介!!表面热透镜技术的原理如图"所示。强度调制的泵浦光会聚入射到薄膜样品表面，薄膜吸收热量并扩散到基底引起薄膜系统的温升，温升导致热膨胀形成“表面热包”，这种现象也被称为“光热形变”。一束探测激光近乎垂直地照射到热包表面上，热包位于探测光斑的中心且小于探测光斑。受热包的影响，反射探测激光将出现衍射环，这种现象被称为“表面热透镜效应”。实验结果表明，在一定条件下，反射探测激光中心光强随热包高度的变化而线性变化，而热包的高度与薄膜的吸［B］收率成正比，因此表面热透镜技术可用于测量薄

5、膜吸收。

6、(（T#I)I%&#Q)Q"Q）!收稿日期：$**M?*B?"+；!!修订日期：$**M?"*?A*作者简介：李!霞（"#C*—），女，硕士，主要从事光热测量技术用于薄膜吸收测量和薄膜激光损伤的光热研究；’HVWX+#Y"MA(O&E。)5H强激光与粒子束第’J卷式中：!为薄膜的吸收率；"为薄膜厚度；#!为泵浦光中心光强；!"为热波在基底的纵向热扩散长度；"#$和"#"分别为薄膜和基底的线性膨胀系数；$%为热包半径；#$，#"和%$，%"分别为薄膜和基底的密度和质量热容。&&当泵浦激光的调制频率很低时，热波在基底的纵向热扩散长度远大于薄膜厚度，此时（’）式可简化为!#!"#"&!’)

7、（)）(($%#"%"&&从（)）式中可看出，在低频测量时，表面热包峰值高度与薄膜的吸收率成正比，而与薄膜热物性无关，这就使得薄膜吸收的定标和测量成为可能。&&一束探测激光近乎垂直地照射到热包表面上，热包位于探测光斑的中心且小于探测光斑。受热包的影响，反射探测激光光强将重新分布，这种现象被称为“表面热透镜效应”。当热包高度很低时，根据菲涅尔衍射理论，对反射激光光强进行数值模拟，光热信号定义为)!’#*+,*!#*-./0!!!*（1）式中：#*+,*!为最