基于紅外熱像儀的光學(xué)薄膜吸收測(cè)試方法

荊建行，孔明東，王 強(qiáng)，郭 春

基于紅外熱像儀的光學(xué)薄膜吸收測(cè)試方法

荊建行1,2，孔明東2*，王 強(qiáng)2，郭 春2

1中國(guó)科學(xué)院大學(xué)光電學(xué)院，北京 100049；2中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所薄膜光學(xué)技術(shù)研究室，四川 成都 610209

光學(xué)薄膜在制備和使用過程中會(huì)因缺陷和污染等產(chǎn)生吸收中心，當(dāng)薄膜受激光輻照后，吸收中心吸收光能會(huì)產(chǎn)生熱信號(hào)，根據(jù)熱信號(hào)可以測(cè)量光學(xué)薄膜的光學(xué)吸收損耗。本文提出基于紅外熱像儀測(cè)量薄膜光學(xué)吸收損耗的方法，在測(cè)試中加入?yún)⒖紭悠房梢詼p少環(huán)境溫度變化和熱像儀噪聲對(duì)于溫度測(cè)試結(jié)果的影響，對(duì)測(cè)量過程溫度場(chǎng)取一定面積進(jìn)行平均減少了激光指向波動(dòng)和光斑分布不理想導(dǎo)致的有限元仿真計(jì)算誤差。使用本方法測(cè)試了小尺寸45°的高反膜吸收損耗，測(cè)試得到吸收損耗為7.60 ppm，且測(cè)試了同批次大尺寸光學(xué)薄膜樣品吸收損耗的空間分布情況。使用本方法測(cè)量的光學(xué)薄膜吸收率和激光量熱測(cè)試結(jié)果一致，不需要長(zhǎng)時(shí)間的恒溫和嚴(yán)格環(huán)境溫度控制，且測(cè)試樣品尺寸不受限制。

薄膜光學(xué)；吸收損耗；紅外熱像儀；有限元；吸收測(cè)量

1 引 言

對(duì)于光學(xué)薄膜吸收損耗是必須考慮的參數(shù)，對(duì)于強(qiáng)吸收區(qū)光學(xué)薄膜材料的吸收邊特性可以使用光譜方法計(jì)算得到[1]。光學(xué)薄膜光譜透明區(qū)在制備和使用過程中因薄膜缺陷和污染而產(chǎn)生薄膜對(duì)光的弱吸收作用，通常使用光熱方法得到薄膜吸收信息。該方法通常使用激光照射光學(xué)薄膜，薄膜的吸收中心會(huì)吸收光能導(dǎo)致鍍膜器件的溫度上升，通過測(cè)量激光照射時(shí)薄膜表面溫度信息便可以計(jì)算得出薄膜的光學(xué)吸收。根據(jù)測(cè)量激光輻照薄膜樣品時(shí)的熱效應(yīng)計(jì)算薄膜吸收的主要方法有激光量熱法[2]、光熱偏轉(zhuǎn)法[3-5]、表面熱透鏡法[6-8]、光聲光譜法[9]等。

激光量熱法采用一束較小功率激光輻照薄膜樣品并使用熱敏電阻(或熱電偶)測(cè)量受輻照及冷卻時(shí)樣品溫度的變化過程，用函數(shù)擬合方法計(jì)算得到樣品吸收率的數(shù)值。光熱偏轉(zhuǎn)法是利用樣品受激光輻照之后，熱效應(yīng)產(chǎn)生薄膜折射率梯度場(chǎng)，當(dāng)探測(cè)光束穿過該區(qū)域后方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)并使用位敏傳感器探測(cè)光束的偏轉(zhuǎn)信號(hào)，從而測(cè)定樣品的吸收系數(shù)。表面熱透鏡法與光熱偏轉(zhuǎn)法類似，但探測(cè)光束采用的是大光斑的光束，使用探測(cè)光束輻照整個(gè)溫度場(chǎng)所致的熱包區(qū)域，表面熱包會(huì)使探測(cè)光束的波前發(fā)生畸變，通過記錄反射探測(cè)光束的衍射圖樣計(jì)算得到薄膜樣品的吸收率。光聲光譜法是利用一束周期調(diào)制光入射到放置于密閉的聲光池中的樣品上，周期變化的光信號(hào)產(chǎn)生周期變化的光聲池的聲壓信號(hào)，樣品薄膜的吸收與光聲信號(hào)成正比，檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)光聲信號(hào)后就能計(jì)算得到薄膜的吸收率。激光量熱法是國(guó)際薄膜吸收損耗檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)(ISO11551)推薦的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)[10]，使用該方法測(cè)量對(duì)環(huán)境溫度變化十分敏感，測(cè)量前需要較長(zhǎng)的溫度穩(wěn)定時(shí)間以達(dá)到可靠的實(shí)驗(yàn)精度；光熱偏轉(zhuǎn)法、表面熱透鏡法、光聲光譜法等測(cè)量方法是近年來發(fā)展起來的用作實(shí)驗(yàn)室測(cè)量光學(xué)薄膜吸收損耗的技術(shù)，測(cè)試時(shí)需要較高的實(shí)驗(yàn)技巧才能得到可靠的數(shù)據(jù)。

紅外熱像儀通過對(duì)目標(biāo)物的紅外熱輻射探測(cè)、光電轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)圖像顯示等技術(shù)將目標(biāo)物的溫度場(chǎng)分布的圖像轉(zhuǎn)換成可視圖像，可實(shí)現(xiàn)直接對(duì)大功率激光系統(tǒng)中使用的光學(xué)薄膜器件實(shí)時(shí)非接觸精準(zhǔn)測(cè)溫[11]，整個(gè)溫度測(cè)試過程中不受光學(xué)薄膜的散射影響，將測(cè)試的光學(xué)薄膜溫度變化數(shù)據(jù)和有限元方法結(jié)合，可以仿真計(jì)算得到光學(xué)薄膜的吸收率，為光學(xué)薄膜的吸收測(cè)試提供了一種新方法。

2 實(shí)驗(yàn)裝置

2.1 樣品準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)樣品是采用美國(guó)Vecco公司生產(chǎn)的Spector行星式離子束沉積系統(tǒng)濺射高純度Ta靶和石英制備Ta2O5/SiO245°高反射膜，制備時(shí)采用的基片為F30 mm和F200 mm的熔融石英。Spector鍍膜機(jī)有兩個(gè)離子源，主離子源為16 cm的射頻離子源，輔助源為12 cm的射頻離子源。制備前將真空室抽至6.67′10-4Pa，使用輔助源對(duì)基片清洗15 min，以去除基片表面的雜質(zhì)及增大膜料分子與基板的表面附著力。濺射Ta靶和石英靶時(shí)均設(shè)置主離子源的束壓為1250 V，束流為600 mA，充入16 sccm的氬氣；輔助離子源束壓為250 V，束流為200 mA，充入8 sccm的氬氣和22 sccm的氧氣的混合氣體；真空室充入8 sccm的氧氣。PerkinElmer Lambda 1050分光光度計(jì)上測(cè)試得到的本次樣品的反射率曲線如圖1所示，在波長(zhǎng)為1000 nm~1100 nm范圍內(nèi)薄膜高反，反射率大于99.9%。

2.2 測(cè)試裝置

用于本次測(cè)試的紅外激光器為銳科光纖激光技術(shù)公司(Raycus) RFL-C1000型光纖激光器，激光中心波長(zhǎng)為1080 nm，激光功率與運(yùn)行模式可調(diào)，最大光功率為1000 W，輸出功率穩(wěn)定度為±1.5%，實(shí)驗(yàn)中采用連續(xù)出光模式，設(shè)置激光器功率為1000 W。采用CCD相機(jī)測(cè)試激光器輸出激光光斑的能量分布圖如圖2所示，激光器輸出的能量分布可以擬合為高斯函數(shù)，光束質(zhì)量2≤1.2。

獲取激光器輻照光學(xué)薄膜實(shí)驗(yàn)過程中溫度變化信息的熱像儀為靈敏度可達(dá)20 mK的FLIR T1040型高清長(zhǎng)波紅外熱像儀，該熱像儀測(cè)試軟件根據(jù)物體輻射率、相對(duì)濕度、大氣溫度、物體距離及物體周圍的有效溫度等信息，可以計(jì)算得到物體的溫度場(chǎng)信息[12]。在以上參數(shù)信息中，相對(duì)濕度、大氣溫度、物體距離、物體周圍有效溫度信息等參數(shù)通過外在儀器測(cè)量得到，但被測(cè)物的輻射率需要在測(cè)溫前對(duì)其標(biāo)定[13]。標(biāo)定時(shí)將被測(cè)物放入恒溫箱，用熱電偶測(cè)試物體的實(shí)際溫度，調(diào)整熱像儀的輻射率參數(shù)使得熱像儀的測(cè)試溫度與熱電偶的測(cè)試溫度一致，標(biāo)定后得到該光學(xué)薄膜樣品的輻射率為0.85。

測(cè)量薄膜吸收的實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示，激光輸出后經(jīng)過透鏡聚焦，待測(cè)樣品放置于焦點(diǎn)前，在樣品平行一側(cè)放置一片與待測(cè)樣品相同的參考樣品，用于測(cè)試環(huán)境溫度變化和熱像儀噪聲引起的溫度變化。待測(cè)樣品和參考樣品與夾持工裝之間使用低熱傳導(dǎo)材料間隔，減少樣品與工裝之間的熱傳導(dǎo)。測(cè)量時(shí)計(jì)算機(jī)控制激光器的輸出，激光束經(jīng)過目標(biāo)物和高反鏡后到達(dá)光功率計(jì)，熱像儀位于測(cè)試樣品的法線方向。激光輻照前，打開熱像儀記錄兩個(gè)樣品的溫度信息，激光輻照60 s左右，溫度變化變緩，停止激光輻照；繼續(xù)使用熱像儀記錄樣品冷卻過程中的溫度變化直至溫度變化速率較小。

圖1 高反膜反射光譜

圖2 激光光斑測(cè)試圖

圖3 熱像儀測(cè)量吸收裝置示意圖

3 薄膜輻照溫度測(cè)試與有限元模型

3.1 薄膜輻照溫升測(cè)試

激光輻照光學(xué)薄膜樣品時(shí)，由于光學(xué)薄膜吸收中心吸收光能轉(zhuǎn)化為熱能會(huì)導(dǎo)致被測(cè)樣品的溫度升高；停止輻照后因熱對(duì)流溫度又降低，采用熱像儀記錄其溫度變化過程。通過輻照時(shí)和輻照后的溫度變化可以計(jì)算光學(xué)薄膜的吸收。由于測(cè)試激光器出光微弱抖動(dòng)導(dǎo)致測(cè)試樣品輻照區(qū)域的溫度場(chǎng)存在波動(dòng)，且激光器輸出光斑并非理想的高斯分布，所以需要在數(shù)據(jù)提取時(shí)取一定大小的輻照區(qū)域平均溫度來減少其影響。如圖4所示，熱像儀記錄得到分別在測(cè)試樣品輻照中心和參考樣品取相同大小區(qū)域的平均溫度變化曲線，兩曲線的差值為測(cè)試過程中的絕對(duì)溫度變化，圖中藍(lán)色曲線為輻照前初始溫度為起點(diǎn)的測(cè)試過程中測(cè)試樣品溫度變化曲線，該曲線代表去除環(huán)境溫度及熱像儀噪聲影響后的樣品溫度變化數(shù)值。

當(dāng)近高斯分布的激光光束輻照在鍍膜光學(xué)元件上，由于光學(xué)薄膜吸收產(chǎn)生的熱量使光學(xué)元件溫度升高，吸收熱量從輻照點(diǎn)不斷向四周擴(kuò)散從而使光學(xué)元件整體出現(xiàn)溫度變化。吸收越大，溫升越高；距離激光輻照中心越近，溫升越高。圖5為以激光輻照中心為圓心，不同大小圓形區(qū)域面積內(nèi)平均溫升隨時(shí)間變化曲線。Max曲線是激光輻照區(qū)的溫度最大值隨時(shí)間的變化曲線，該最大值在光學(xué)元件上有隨機(jī)跳動(dòng)，同時(shí)從CCD上可以測(cè)試到激光指向在輻照過程有輕微的隨機(jī)跳動(dòng)。當(dāng)選擇平均溫度的面積較小時(shí)，溫度曲線噪聲明顯；當(dāng)選擇的面積較大時(shí)噪聲可以很好抑制，但平均溫升數(shù)值明顯減少，將降低吸收測(cè)試的靈敏度。

3.2 有限元模型

當(dāng)紅外激光連續(xù)輻照薄膜樣品時(shí)，因該薄膜樣品在1080 nm波段高反，透射率小于0.1%，激光量計(jì)熱測(cè)試未鍍膜基底的吸收小于10 ppm，估算鍍膜后基底對(duì)激光的吸收小于0.01 ppm。所以，可以忽略鍍膜基底的吸收損耗對(duì)樣品溫升的影響，可以忽略薄膜基底的吸收損耗。一束光斑半徑為的高斯分布光束照射在半徑為、厚度為的光學(xué)薄膜樣品上，根據(jù)熱傳導(dǎo)理論，樣品內(nèi)的溫度場(chǎng)分布滿足熱傳導(dǎo)方程[14-17]：

其中：為距輻照中心的徑向距離，為距鍍膜前表面距離，為基底材料熱擴(kuò)散系數(shù)，為時(shí)間變量。測(cè)試過程中樣品前表面(=0)存在光熱吸收與對(duì)流熱損耗，樣品后表面(=)和徑向邊界(=)只存在熱對(duì)流損耗，故熱傳導(dǎo)方程的邊界條件可以表示為

假設(shè)測(cè)試樣品的初始溫度為0，激光器輻照前樣品與環(huán)境處于熱平衡狀態(tài)，初始條件可以表示為

其中：是基底材料的熱導(dǎo)率，為測(cè)試樣品與環(huán)境的對(duì)流換熱系數(shù)，為薄膜吸收功率密度，當(dāng)高斯分布的激光光束輻照薄膜樣品時(shí)，可以表示為

其中：為輻照激光的輸出功率，是入射激光波長(zhǎng)處樣品薄膜吸收率，為其輻照在樣品上的光斑半徑。

光學(xué)薄膜吸收入射激光產(chǎn)生熱量的熱傳導(dǎo)方程、邊界條件、初始條件使用有限元軟件ANSYS Multiphsics進(jìn)行計(jì)算。由于光學(xué)薄膜厚度遠(yuǎn)小于基底材料厚度，可忽略光學(xué)薄膜質(zhì)量對(duì)溫升及其分布的影響。薄膜基底為熔融石英，其物理參數(shù)如表1所示，激光輻照光學(xué)元件的半徑為1.2 mm，樣品的直徑為30 mm，厚度為3.0 mm。對(duì)測(cè)試鍍膜石英樣品建立有限元模型，激光輻照光學(xué)薄膜產(chǎn)生的熱量作為表面熱源作用于石英基片的表面，其分布為CCD測(cè)試光斑擬合的高斯分布。

圖4 激光輻照時(shí)待測(cè)和參考樣品溫度變化

圖5 激光輻照點(diǎn)中心為圓心不同面積區(qū)域平均溫度變化曲線

表 1 熔融石英材料熱物理參數(shù)

用有限元模型和已知的熔石英材料參數(shù)、激光功率擬合得到的高斯分布激光束，對(duì)光學(xué)元件光致發(fā)熱和自然冷卻的溫度變化過程進(jìn)行計(jì)算，光學(xué)元件的熱對(duì)流換熱系數(shù)和光學(xué)薄膜吸收率是未知參數(shù)。冷卻過程的溫度下降由熱對(duì)流換熱系數(shù)決定，溫升過程與薄膜吸收率和換熱系數(shù)都相關(guān)。同時(shí)擬合熱對(duì)流換熱系數(shù)和光學(xué)薄膜吸收率，使計(jì)算擬合得到的溫度變化曲線與熱像儀測(cè)量得到的變化曲線相一致(圖6)，該吸收率就是光學(xué)薄膜的有限元計(jì)算吸收損耗。

圖6 有限元方法溫度變化擬合

4 數(shù)據(jù)分析

由于有限元計(jì)算沒有考慮對(duì)激光的指向隨機(jī)跳動(dòng)，同時(shí)對(duì)激光能量分布使用擬合高斯分布進(jìn)行近似，因此計(jì)算溫度和實(shí)際測(cè)試溫度會(huì)有一定的誤差。所以從測(cè)試溫度場(chǎng)中以輻照點(diǎn)為中心取一定區(qū)域平均溫度來計(jì)算薄膜吸收率更能符合實(shí)際情況。用有限元方法對(duì)不同大小區(qū)域平均溫度的變化曲線擬合，求解其光學(xué)吸收率，計(jì)算得到的光學(xué)吸收率如表2所示，隨著所取區(qū)域的逐漸增大，光學(xué)薄膜吸收的計(jì)算值有增大的趨勢(shì)。對(duì)于同一樣品，采用漢諾威激光中心激光量熱計(jì)測(cè)試，該量熱計(jì)為根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO11551)搭建的絕熱型激光量熱計(jì)。測(cè)試時(shí)，記錄時(shí)長(zhǎng)120 s溫度漂移曲線，功率為15 W的近紅外激光輻照120 s的溫升曲線，時(shí)長(zhǎng)300 s的樣品在恒溫箱內(nèi)的溫度下降曲線，如圖7所示，通過指數(shù)擬合方法測(cè)試得到的樣品吸收為7.582 ppm，與熱像儀測(cè)試的計(jì)算值比較發(fā)現(xiàn)，取面積為38.30 mm2的平均溫度變化曲線計(jì)算得到的光學(xué)吸收值與激光量熱計(jì)測(cè)量得到的吸收值最接近，這是因?yàn)楫?dāng)取平均溫度的面積越小，溫度曲線的噪聲和激光指向波動(dòng)以及激光光斑偏離理想高斯分布等因素導(dǎo)致有限元計(jì)算的吸收率稍偏??；當(dāng)取平均溫度的面積是實(shí)際激光輻照光斑的數(shù)倍時(shí)，激光指向的波動(dòng)等影響作用減少，基于熱像儀得到的吸收率數(shù)據(jù)和激光量熱方法測(cè)試的數(shù)據(jù)一致。但當(dāng)取平均溫度的面積太大時(shí)，溫度上升數(shù)值不明顯，熱像儀本身的測(cè)量精度會(huì)引入較大誤差導(dǎo)致計(jì)算的吸收率出現(xiàn)較大誤差。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，選擇平均溫升為激光輻照區(qū)溫度最大值Max溫升三分之一的區(qū)域?yàn)檩^為理想的溫度場(chǎng)面積區(qū)域。

眾所周知，激光量熱計(jì)一般測(cè)試的都是較小樣品，對(duì)于大口徑的光學(xué)元件測(cè)量是個(gè)難點(diǎn)。使用熱像儀測(cè)試大功率激光輻照下的光學(xué)薄膜吸收，可以不受樣品尺寸的限制。而且，通過激光輻照大尺寸光學(xué)元件的不同位置，測(cè)試得到不同位置處的吸收數(shù)據(jù)，用于表征大尺寸元件光學(xué)薄膜吸收率的均勻性分布情況。本文對(duì)直徑為200 mm、厚度為10 mm的高反射光學(xué)薄膜石英玻璃樣品進(jìn)行均勻性分布測(cè)試，距測(cè)試樣品中心點(diǎn)不同半徑處的10個(gè)點(diǎn)測(cè)量其吸收損耗，計(jì)算得到的吸收損耗值如圖8所示，不同位置處的光學(xué)薄膜樣品吸收率雖存在一定的差異，但這種差異比較小，光學(xué)吸收值都在7.6 ppm附近，該光學(xué)薄膜樣品在徑向的吸收率分布比較均勻。

表2 不同面積區(qū)域平均溫度計(jì)算吸收值

圖7 激光量熱法Ta2O5/SiO2多層45°高反鏡測(cè)試結(jié)果

圖8 大尺寸光學(xué)薄膜吸收損耗徑向分布

5 結(jié) 論

本文提出的基于熱像儀測(cè)量薄膜光學(xué)吸收損耗的方法，相較于已有的測(cè)量方法光路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加入?yún)⒖紭悠房梢耘懦h(huán)境溫度變化和熱像儀噪聲對(duì)于溫度測(cè)試結(jié)果的影響，因此不需要長(zhǎng)時(shí)間的恒溫和嚴(yán)格的環(huán)境溫度控制。為減少激光指向波動(dòng)和光斑分布不理想導(dǎo)致的有限元計(jì)算誤差，對(duì)熱像儀記錄的測(cè)試全過程的溫度場(chǎng)取一定面積進(jìn)行平均，數(shù)倍激光輻照光斑面積溫度平均計(jì)算得到的光學(xué)薄膜吸收率和激光量熱測(cè)試結(jié)果一致。相較國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中推薦的激光量熱法，熱像儀測(cè)試的樣品尺寸不受限制，并且可以測(cè)試光學(xué)薄膜樣品吸收損耗的空間分布情況。

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Measurement of absorption loss of optical thin-film by infrared thermal imaging

Jing Jianhang1,2, Kong Mingdong2*, Wang Qiang2, Guo Chun2

1School of Optoelectronics, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;2Optical Thin Film Technology Laboratory, Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu, Sichuan 610209, China

Schematic diagram of thermal imager measuring absorption device

Overview:During the preparation and use of the optical thin film, the absorption center will be generated due to defects and pollution. When illuminating optical film by laser light, the absorption center will absorb light energy and effectively generate the thermal signals. There are many methods for measuring the optical absorption loss of optical films, such as the laser calorimeter method, photothermal deflection method, surface thermal lens method, and so on. These methods have some problems, such as long measurement time, the influence of scattering on optical absorption, and the high requirement of spatial light position detector. The accuracy of the infrared thermal imager has been able to measure relatively small temperature changes in recent years, which provides the possibility for the measurement of the optical thin film absorption based on the infrared thermal imager. Infrared thermal imaging has unique advantages in measuring the absorption loss of optical films due to their simple measurement of the optical path, rapid measurement, and non-contact accurate temperature measurement.

The method proposed in this paper is based on thermal imager to measure the optical absorption loss of thin films. The method proposed in this paper for measuring the optical absorption loss of a thin film based on a thermal imager is simpler than the existing method, and it can measure the absorption of thin films of optical elements in the laser. The addition of a reference sample in the test can reduce the impact of the changes of environmental temperature and the thermal imager noise on the temperature test results. Taking a certain area of the temperature field recorded by the thermal imager during the entire laser irradiation process can reduce the errors of the finite element simulation calculation caused by laser pointing fluctuations and the unsatisfactory spot distribution. The temperature change curve of the film during laser irradiation is obtained by a thermal imager, and the accurate absorption value of the film sample can be calculated through finite element simulation.

In this paper, a thermal imager was used to test the absorption loss of a small 45° high-reflection film. The absorption loss was 7.6 ppm, and the spatial distributions of the absorption loss of the same batch of large-size optical film samples were tested, the optical absorption was consistent. The absorption of the optical film measured by this method is consistent with the result of the laser calorimetry test. This method does not require long-term constant temperature and strict environmental temperature control, and the tested sample size is not limited.

Jing J H, Kong M D, Wang Q,Measurement of absorption loss of optical thin-film by infrared thermal imaging[J]., 2021, 48(6): 210071; DOI:10.12086/oee.2021.210071

Measurement of absorption loss of optical thin-film by infrared thermal imaging

Jing Jianhang1,2, Kong Mingdong2*, Wang Qiang2, Guo Chun2

1School of Optoelectronics, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;2Optical Thin Film Technology Laboratory, Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu, Sichuan 610209, China

During the preparation and use of the optical thin film, the absorption center will be generated due to defects and pollution. When the optical thin film is irradiated by a laser, the absorption center absorbs light energy and generates thermal signals, according to which the optical absorption loss of an optical film can be measured. The method proposed in this paper for measuring the optical absorption loss of a thin film based on a thermal imager. The addition of a reference sample in the test can reduce the impact of the changes of environmental temperature and the thermal imager noise on the temperature test results. Taking a certain area of the temperature field recorded by the thermal imager during the entire laser irradiation process can reduce the errors of the finite element simulation calculation caused by the laser pointing fluctuations and the unsatisfactory spot distribution. Using this method, the absorption loss of a small-size 45° high-reflection film was tested to be 7.60 ppm, and the spatial distribution of the absorption loss of the same batch of large-size optical film samples were tested. The absorption of the optical film measured by this method is consistent with the result of the laser calorimetry test. This method does not require long-term constant temperature and strict environmental temperature control, and the tested sample size is not limited.

optical thin film; absorption loss; infrared thermography; finite element; absorption measurement

荊建行，孔明東，王強(qiáng)，等. 基于紅外熱像儀的光學(xué)薄膜吸收測(cè)試方法[J]. 光電工程，2021，48(6): 210071

Jing J H, Kong M D, Wang Q,Measurement of absorption loss of optical thin-film by infrared thermal imaging[J]., 2021, 48(6): 210071

O436.2

A

10.12086/oee.2021.210071

2021-03-15；

2021-05-11

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61805247)；中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)資助項(xiàng)目；四川省科技計(jì)劃項(xiàng)目

荊建行(1995-)，男，碩士研究生，主要從事光學(xué)薄膜技術(shù)的研究。E-mail：jingjianhang@126.com

孔明東(1973-)，男，博士，副研究員，主要從事光學(xué)薄膜的設(shè)計(jì)、鍍膜工藝、性能測(cè)試分析的研究。E-mail：kongmingdong@126.com

National Natural Science Foundation of China (61805247), Youth Innovation Promotion Association, CAS, andSichuan Province Science and Technology Plan

* E-mail: kongmingdong@126.com