1．測量材料吸收系數的意義：

隨著高能激光的發展，對光學材料提出越來越高的要求，而光學材料由于制造工藝（生長工藝）、原材料雜質的存在，不可避免的存在吸收。隨著光學材料研究的進一步深入，人們對于材料吸收系數的研究越來越深刻。研究發現，光學材料吸收電磁波后，能將電磁波能量轉換成熱能，從而引起光學材料內部溫度升高。大的吸收系數是限制高能激光發展的主要因素之一，尤其對于強激光系統。據國外研究表明，100ppm／cm的吸收系數會導致光學材料約0．4°的升溫，進而導致光學系統的不穩定。

如圖1所示，當用強的激光照射某一透鏡時，該介質可將吸收的能量周期性地轉變成熱能，使材料本身及周圍介質的溫度升高，從而引起其折射率的變化，使得透鏡的焦距發生改變，引起波形變化、退偏等現象產生，進而使得激光系統不穩定。傳統意義的測量方法是無法測量到ppm量級的吸收系數，而如此小的吸收系數就能給您的應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，通過測量吸收系數一方面可以為您選擇合適的光學材料，另一方面可以幫助材料生產廠家在研究造成吸收大的原因時，從源頭上解決吸收問題。國家在做點火項目，現在應用的非線性晶體是KDP晶體，該材料吸收系數就明顯偏大，相信通過我們的設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．測量光學薄膜吸收的意義

光學薄膜的吸收過大會導致薄膜的損傷，因此有必要測量薄膜的吸收，并通過測量薄膜的弱吸收達到以下目的：

A． 選擇合適的膜料；

B． 改進鍍膜工藝參數（比如溫度、離子源強度等）；

C． 改進拋光基片質量（膜層吸收偏大，也有可能是基片的拋光參數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缺點對比

為了改善光學材料或光學薄膜的質量，需要精確測量其微弱吸收。吸收系數的測量傳統意義上一般采用分光光度計進行研究，但是其測量精度只到0．1％，而要測得ppm量級的吸收系數的主要測量技術有：光熱偏轉法、表面熱透鏡法、光熱輻射技術、激光量熱技術及光聲光譜技術等等。

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

（2）光熱偏轉技術可通過信號幅度和相位來區別薄膜測量中的襯底和偏轉介質的吸收；

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

（4）光聲光譜技術中，樣品須裝在盒內，因而樣品盒反射容易引起噪聲，而光熱偏轉技術不存在上述問題，樣品容易安裝，且可進行實時測量。

光熱偏轉技術是近年來發展起來的一種新型的熱波探測技術，并已廣泛用于研究光學薄膜的吸收特性。光熱偏轉技術具有靈敏度高，實驗裝置相對簡單，易于實現，可對高腐蝕性樣品進行非接觸檢測，以及能區分體吸收和面吸收等許多突出優點，使其成為測量光學薄膜微弱吸收及激光損傷機理研究的重要手段之一。

目前商業化應用的方法有兩種，一種是表面熱透鏡法，一種是光熱偏轉法。對于前者，目前商業化的儀器做得比較成功，但是它仍存在以下幾個缺點：

（1）對于泵浦激光要求偏高，要求極好的光束質量；

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

（3）對于反射測量，尤其是要求多入射角測量時，操作及其麻煩；

（4）實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；

（5）系統測試實際是通過一個標準片校驗作為依據，對于不同材料并不能得到絕對吸收，所得結果往往只是相對吸收系數。

對于后者，往往認為其難以調試，對環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化應用的弱吸收儀的缺點，它是基于光熱偏轉原理制成的。

圖2 光熱偏轉法的示意圖

光熱偏轉法示意圖如圖2所示。當一束被頻率調制的激光入射到樣品表面后，若樣品是不透明的，則樣品表面會吸收激光能量并轉變為熱能，在其淺表層形成穩定的周期性調制熱源，熱波向樣品內部及空氣中傳播，在樣品表面的空氣層中就建立了周期性調制的溫度梯度場。由于媒質的折射率是溫度的函數，這就導致空氣中產生時變頻率與激光的調制頻率相同的折射率梯度場。當檢測激光在加熱激光聚焦點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，由于此溫度梯度場的存在，檢測光束發生偏轉，偏轉的大小與樣品表面的溫度梯度成正比。測量時，使檢測光束在加熱激光聚焦點處平行于樣品表面掃過，其偏轉角將隨熱源的距離而改變。光熱偏轉技術是對吸收能量的直接測量，因為光熱偏轉在很大范圍內與吸收的光功率是線性的，并且對散射光很不靈敏。