光学元件在制备和使用过程中,不仅需要满足极低的吸收和散射损耗,还需要对其应力特性进行明确掌握和控制。目前,对应力的检测方法包括Stoney曲率法、纳米压痕法、偏振调制器法等。但随着高精密光学元器件的发展,这些方法已经无法满足更高精度的测量需求。因此,迫切需要一种更高精度的光学元件应力无损检测技术。偏振腔衰荡技术因腔内双折射累积特性,可以进一步提高应力的测量精度,为这一需求提供了新的方法。为了进一步提高偏振腔衰荡技术的测量精度,本文在衰荡模式筛选、信号采集和数据处理方面进行了优化研究,并测量了Si O2薄膜样品的应力双折射和损耗特性。主要包括以下内容:1.介绍了光学元件应力来源及相应的无损应力检测方法,详细地阐述了偏振腔衰荡技术的应用以及国内外对光腔衰荡技术的优化研究,最后基于应力光学定律,利用琼斯矩阵往返模型和正交双频干涉模型,推导出应力双折射谐振腔响应,可以通过测量振荡频率,得出腔内双折射相位差大小,并且测量不受光源波动的影响,说明偏振腔衰荡技术是一种超高精度的测量方法。2.搭建了测量光学元件应力双折射的偏振腔衰荡系统。实验通过对比插入模式匹配单透镜、改变可调大小的光阑直径以及改变设定的触发阈值前后,基模和高阶横模对应的衰荡时间常数或者反射率的均值、标准差及所占的概率值,证明这三种简单方法的使用可以减小衰荡时间常数的测量误差。并且在实际测量中,模式匹配透镜结合触发阈值的使用,对于提高衰荡时间常数的测量精度来说,是一种简单易行的方法。同时,根据光学元件的主应力方向与检偏角度的关系,得出当检偏角度位于主应力方向的45°夹角时,测量得到的信噪比最高,基于此结论,可以对光学元件进行检偏角度优化。最后在数据处理方面进行了优化,将采集到的信号进行平均处理,使得到的结果更具有准确性,误差更小。3.利用此系统研究了沉积角度对Si O2薄膜应力双折射和损耗的影响,所测得的损耗精度均小于3.5 ppm,应力双折射精度均小于5.0×10-6 rad,得出了不同沉积角度的Si O2薄膜的应力双折射、损耗特性,以及两者随沉积角度变化的分布趋势,为薄膜的制备提供了理论指导,同时证明了偏振腔衰荡技术具有极高的测量精度。