ISO TR 21254-4-2011 Lasers and laser-related equipment - Test methods for laser-induced damage threshold - Part 4 Inspection detection and measurement《激光和激光相关设备.pdf

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1、 Numro de rfrence ISO/TR 21254-4:2011(F) ISO 2011RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 21254-4 Premire dition 2011-09-01Lasers et quipements associs aux lasers Mthodes dessai du seuil dendommagement provoqu par laser Partie 4: Inspection, dtection et mesurages Lasers and laser-related equipment Test methods for

2、laser-induced damage threshold Part 4: Inspection, detection and measurement ISO/TR 21254-4:2011(F) DOCUMENT PROTG PAR COPYRIGHT ISO 2011 Droits de reproduction rservs. Sauf prescription diffrente, aucune partie de cette publication ne peut tre reproduite ni utilise sous quelque forme que ce soit et

3、 par aucun procd, lectronique ou mcanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans laccord crit de lISO ladresse ci-aprs ou du comit membre de lISO dans le pays du demandeur. ISO copyright office Case postale 56 CH-1211 Geneva 20 Tel. + 41 22 749 01 11 Fax + 41 22 749 09 47 E-mail copyrighti

4、so.org Web www.iso.org Publi en Suisse ii ISO 2011 Tous droits rservsISO/TR 21254-4:2011(F) ISO 2011 Tous droits rservs iiiSommaire Page Avant-propos . iv Introduction . v 1 Domaine dapplication 1 2 Rfrences normatives . 1 3 Termes et dfinitions 1 4 Mthodes de dtection des dommages 1 4.1 Gnralits .

5、1 4.2 Rsum des mthodes de dtection des dommages 2 4.3 Captage du rayonnement de lchantillon 3 4.3.1 Techniques de dtection de la diffusion . 3 4.3.2 Dtection du rayonnement dun plasma ou du rayonnement thermique 5 4.3.3 Fluorescence . 5 4.4 Dtection des modifications du facteur de rflexion ou de tra

6、nsmission et techniques dimagerie . 7 4.4.1 Dtection des modifications du facteur de rflexion ou de transmission en ligne 7 4.4.2 Microscopie en ligne . 8 4.5 Mthodes de dtection photothermiques . 9 4.5.1 Gnralits . 9 4.5.2 Dviation photothermique et effet de lentille thermique de la surface 9 4.5.3

7、 Effet mirage 11 4.6 Dtection de la pression transitoire 12 5 Techniques de contrle aprs la squence dessai par laser 13 5.1 Gnralits . 13 5.2 Microscopie Nomarski 14 5.3 Comparateur dimages microscopiques . 14 5.4 Microscopie balayage laser . 16 5.5 Techniques de cartographie 17 5.6 Microscopie lect

8、ronique . 18 5.7 Microscopie force atomique 19 5.8 Microscopie confocale 20 Bibliographie . 22 ISO/TR 21254-4:2011(F) iv ISO 2011 Tous droits rservsAvant-propos LISO (Organisation internationale de normalisation) est une fdration mondiale dorganismes nationaux de normalisation (comits membres de lIS

9、O). Llaboration des Normes internationales est en gnral confie aux comits techniques de lISO. Chaque comit membre intress par une tude a le droit de faire partie du comit technique cr cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec lISO partici

10、pent galement aux travaux. LISO collabore troitement avec la Commission lectrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation lectrotechnique. Les Normes internationales sont rdiges conformment aux rgles donnes dans les Directives ISO/CEI, Partie 2. La tche principale des comits t

11、echniques est dlaborer les Normes internationales. Les projets de Normes internationales adopts par les comits techniques sont soumis aux comits membres pour vote. Leur publication comme Normes internationales requiert lapprobation de 75 % au moins des comits membres votants. Exceptionnellement, lor

12、squun comit technique a runi des donnes de nature diffrente de celles qui sont normalement publies comme Normes internationales (ceci pouvant comprendre des informations sur ltat de la technique par exemple), il peut dcider, la majorit simple de ses membres, de publier un Rapport technique. Les Rapp

13、orts techniques sont de nature purement informative et ne doivent pas ncessairement tre rviss avant que les donnes fournies ne soient plus juges valables ou utiles. Lattention est appele sur le fait que certains des lments du prsent document peuvent faire lobjet de droits de proprit intellectuelle o

14、u de droits analogues. LISO ne saurait tre tenue pour responsable de ne pas avoir identifi de tels droits de proprit et averti de leur existence. LISO/TR 21254-4 a t labor par le comit technique ISO/TC 172, Optique et photonique, sous-comit SC 9, Systmes lectro-optiques. LISO/TR 21254 comprend les p

15、arties suivantes, prsentes sous le titre gnral Lasers et quipements associs aux lasers Mthodes dessai du seuil dendommagement provoqu par lasers: Partie 1: Dfinitions et principes de base Partie 2: Dtermination du seuil Partie 3: Possibilits de traitement par puissance (nergie) laser Partie 4: Inspe

16、ction, dtection et mesurages ISO/TR 21254-4:2011(F) ISO 2011 Tous droits rservs vIntroduction Les programmes de dtection du seuil dendommagement provoqu par laser impliquent toujours des techniques sensibles pour le contrle des surfaces et la dtection des dommages. Dans un protocole de dtection type

17、, chaque chantillon est contrl avant lessai par des mthodes microscopiques afin dvaluer la qualit de la surface et les imperfections. Pendant lirradiation de lchantillon dun essai dendommagement S sur 1, diverses mthodes de contrle en ligne sont utilises pour dtecter les dommages. Des exemples de mt

18、hodes utilises incluent la dtection de la lumire diffuse par la surface dessai, le captage du rayonnement dun plasma ou la dtection photothermique. Dans la plupart des cas, le systme de dtection est directement li au laser pour interrompre lirradiation de lchantillon rapidement aprs le premier insta

19、nt dendommagement. De cette manire, un endommagement catastrophique du composant peut tre vit et le nombre dimpulsions jusqu lapparition du premier dommage peut tre dtermin avec prcision. Ces informations directes relatives ltat dendommagement peuvent galement tre traites pendant lessai en cours pou

20、r dterminer les niveaux dnergie des examens suivants, afin de rduire le plus possible les incertitudes de dtection. Pour la mme raison, des systmes complexes de dtection sappuyant sur limagerie directe et le traitement en ligne des images peuvent souvent se trouver dans les installations de dtection

21、 1 sur 1. La squence dirradiation des chantillons est suivie dun contrle laide de la technique approprie en vue didentifier les sites endommags et dobtenir des informations relatives aux mcanismes contribuant lendommagement. Le contrle des sites examins est essentiel pour une dtermination prcise des

22、 seuils dendommagement, car il sagit de lvaluation finale et la plus sensible de ltat dendommagement. Le prsent Rapport technique est consacr une slection de techniques pour le contrle des surfaces optiques avant et aprs lessai dendommagement et aux techniques de dtection des dommages intgres dans l

23、es installations de dtection. Les mthodes de dtection des dommages dcrites sont des exemples de solutions pratiques soumises essai et souvent mises en application dans les installations de dtection. Lapplication dautres mthodes pour la dtection ou le contrle des dommages dans les composants optiques

24、 nest pas exclue par le prsent Rapport technique. RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 21254-4:2011(F) ISO 2011 Tous droits rservs 1Lasers et quipements associs aux lasers Mthodes dessai du seuil dendommagement provoqu par laser Partie 4: Inspection, dtection et mesurages 1 Domaine dapplication La prsente parti

25、e de lISO/TR 21254 dcrit les techniques de contrle et de dtection des dommages provoqus par laser sur les surfaces optiques et dans le volume des composants optiques. 2 Rfrences normatives Les documents de rfrence suivants sont indispensables pour lapplication du prsent document. Pour les rfrences d

26、ates, seule ldition cite sapplique. Pour les rfrences non dates, la dernire dition du document de rfrence sapplique (y compris les ventuels amendements). ISO 11145, Optique et photonique Lasers et quipements associs aux lasers Vocabulaire et symboles ISO 21254-1, Lasers et quipements associs aux las

27、ers Mthodes dessai du seuil dendommagement provoqu par laser Partie 1: Dfinitions et principes de base 3 Termes et dfinitions Pour les besoins du prsent document, les termes et dfinitions donns dans lISO 11145 et lISO 21254-1 sappliquent. 4 Mthodes de dtection des dommages 4.1 Gnralits Pour les mtho

28、des dessai dendommagement impliquant plus dune impulsion par site dessai, un systme appropri de dtection des dommages en ligne est ncessaire pour valuer ltat de la surface soumise essai conformment lISO 21254-1. Il est recommand que le systme de dtection des dommages en ligne ait la possibilit dinte

29、rrompre les impulsions suivantes et de stopper le compteur dimpulsions aprs la dtection dun dommage. Pour la dtection des dommages en ligne, tout principe appropri peut tre utilis. Les techniques adaptes cet effet sont, par exemple, les techniques de microscopie en ligne, la dtection photoacoustique

30、 ou photothermique, ainsi que les dtections de la diffusion utilisant un laser spar ou le rayonnement provenant du laser gnrant les dommages. Les exemples de dtection des dommages en ligne suivants dcrivent des mthodes qui sappuient sur le captage du rayonnement de lchantillon, la dtection de propri

31、ts spcifiques de lchantillon et des mthodes photothermiques. De plus, une technique fonde sur la dtection de la pression transitoire est prsente comme exemple de mthode de dtection en ligne non optique. Les techniques dcrites sont illustres par des mthodes publies dans la littrature ouverte. La slec

32、tion ISO/TR 21254-4:2011(F) 2 ISO 2011 Tous droits rservsdexemples pratiques est considre uniquement titre descriptif et nindique aucune prfrence pour ces mthodes ou recommandation de celles-ci. 4.2 Rsum des mthodes de dtection des dommages Les principales caractristiques des techniques de dtection

33、des dommages en ligne dcrites sont rassembles dans le Tableau 1. Outre le principe de base, les avantages et inconvnients spcifiques sont considrs. Tableau 1 Avantages et inconvnients des mthodes de dtection des dommages Mthode de dtection des dommages (paragraphe) Avantages Inconvnients Techniques

34、de dtection de la diffusion (4.3.1) faible cot dessai corrlation claire et utilisation prfrentielle avec les dommages morphologiques convient aux squences automatiques sensibilit et fiabilit leves court temps de raction (ns) dtection slective des dommages de surface ou de volume et de surface dtecti

35、on indirecte: signal non corrl au mcanisme dendommagement convient moins aux structures en couches surcouchage ou aux filtres onduls insensible au tassement Rayonnement dun plasma et thermique (4.3.2) faible cot dessai amplitude du signal corrle aux mcanismes dendommagement court temps de raction (n

36、s) dpendant de lenvironnement sensibilit rduite: le rayonnement dun plasma peut se produire sans endommagement de surface et inversement interprtation difficile du signal par rapport lendommagement rduction des donnes difficile Fluorescence (4.3.3) signal corrl aux mcanismes dendommagement et interp

37、rtable court temps de raction (ns) prfrentielle pour la dtection des centres colors cot dessai lev sensibilit rduite: la corrlation de lendommagement avec le signal de fluorescence peut tre complexe et spcifique lchantillon interprtation difficile du signal par rapport lendommagement ncessit dun tal

38、onnage spcifique au matriau Facteurs de rflexion- transmission (4.4.1) faible cot dessai sensibilit leve et corrlation claire avec lendommagement fonctionnel convient aux squences automatiques fiabilit leve court temps de raction (ns) dtection indirecte : signal non corrl au mcanisme dendommagement

39、ne convient pas tous les types doptique Microscopie en ligne (4.4.2) production directe dimages meilleure fiabilit possible pour les surfaces possibilit de rduction des donnes complexes convient aux squences automatiques cot dessai lev temps de rponse long (environ 10 ms) ISO/TR 21254-4:2011(F) ISO

40、2011 Tous droits rservs 3Tableau 1 (suite) Mthode de dtection des dommages (paragraphe) Avantages Inconvnients Dviation photothermique et effet de lentille et mirage (4.5) valuation du facteur dabsorption sensibilit leve signal corrl aux mcanismes dendommagement effets de pr-endommagement dtectables

41、 effets photoacoustiques et thermiques (effet mirage) interprtation difficile du signal par rapport lendommagement faible rsolution temporelle (ms) Dtection de la pression transitoire (4.6) insensible aux vibrations et aux dfauts dalignement convient aux chantillons incurvs ou en diffusion analyse p

42、ossible des espces dablation permettant une interprtation des mcanismes dendommagement (avec un spectromtre de masse) convient uniquement des conditions de vide lev ne convient pas de petites (200 m) de point (faible masse dablation) 4.3 Captage du rayonnement de lchantillon 4.3.1 Techniques de dtec

43、tion de la diffusion Un concept important pour la dtection des dommages en ligne est le captage du rayonnement diffus par le composant soumis essai. Laugmentation de la diffusion optique du site dessai est interprte comme une consquence directe des proprits modifies du volume ou de la surface par le

44、s mcanismes dendommagement impliqus. Les montages peuvent tre actionns directement par la dtection dun rayonnement diffus par le laser dessai (voir Figure 1) ou sur la base de la diffusion provenant du faisceau dun laser distinct superpos au faisceau du laser dessai sur le site dessai (voir Figure 2

45、). Dans les systmes utilisant la diffusion du rayonnement du laser dessai, la mthode peut tre mise en uvre avec quelques composants optiques supplmentaires captant le rayonnement diffus sur un dtecteur. Pour le captage du rayonnement diffus sur llment de dtection, des lentilles ou des miroirs concav

46、es sont utiliss. Pour les mises en uvre source distincte, un laser prsentant une excellente stabilit de pointage et des fluctuations minimales dintensit est utilis comme source de rayonnement. La lumire du laser est raffine par un systme de prparation de faisceau qui est normalement constitu de syst

47、mes tlescopiques avec des ouvertures, de filtres spatiaux et de composants optiques pour moduler la densit de puissance du laser. Aprs sa prparation, le faisceau du laser est focalis sur le site mme de lchantillon soumis essai dendommagement. Le rayonnement diffus est capt par une lentille et dtect par un photodtecteur. La partie du faisceau laser rflchie par la surface de lchantillon est interrompue par une ouverture ngati