GB T 15313-2008 激光术语.pdf
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1、ICS 31260L 51 a目中华人民共和国国家标准GBT 153132008代替GBT 15313-1994激 光 术 语Terminology for laser(ISO 11145:2006,Optics and photonics-Laser and laser-relatedequipment-Vocabulary and symbols,MOD)2008-04-10发布 200810-01实施宰瞀髅鬻瓣警糌瞥鐾发布中国国家标准化管理委员会促19刖 嚣GBT 153132008本标准修改采用国际标准ISO 11145:2006激光和激光相关设备的术语与符号(英文版)。本标准根据IS
2、o 11145:2006重新起草。本标准与ISO 11145:2006相比,存在如下技术性差异:对ISO 11145:2006中的“激光”和“激光器”的内容进行了充实和完善。“激光”术语除全部采用国际标准定义外,增加了激光受激发射及相干性、单色性和方向性的特性内容。“激光器”术语除全部采用国际标准定义外,增加了激光器的分类内容,丰富对激光器形成关系的了解。除采用Is0 1i145:2006中全部术语和符号外,增加了一些IsO iil45:2006中没有的术语。对术语条款顺序重新进行了编排。对于采用ISO 11145:2006的术语,在术语条款后面,均注明了对应的IsO标准的条款编号。本标准代替
3、GBT 15313 1994激光术语。本标准与GBT 15313 1994相比,主要变化如下:原国家标准中与Iso 11145:2006标准相同的术语,按照IsO 11145:2006的定义进行了修改与整理。对原标准重点补充了:半导体激光器(量子阱激光器、量子点激光器、量子线激光器;垂直腔面发射器件;单条、叠层、堆积半导体激光器;直接泵浦技术);光纤激光器(光纤放大器、光纤光栅;双包层光纤、包层泵浦;光子晶体、光子晶体光纤);新材料和器件(掺铒玻璃;陶瓷激光材料、陶瓷激光器;钛宝石、钛宝石激光器;钒酸钇、钨酸钆钾;漫反射聚光腔);强激光器(热容激光器;激光光束合成技术)等新发展的激光器术语和相
4、关材料、器件及技术的术语。25“激光设备与应用”为新增加部分,主要增加了激光加工、激光医疗、激光测量、激光印刷和激光信息应用等方面的术语,这部分术语应用面广,迫切需要明确技术内涵和术语统一。标准中与ISO 11145:2006对应的符号和单位,等同采用ISO 11145:2006,其他符号和单位仍与前版标准一致,使符号和单位的使用保持连续性。对国际标准术语laser Uso 11145 3303在等同采用的前提下,增加了激光器分类的内容,使术语的定义更加全面和深入。对原标准中用名词定义名词的部分术语,应用技术内涵进行了重新定义,深化了术语定义的技术内涵。本次修订新增加和补充术语121条,修改术
5、语120条,未修改的术语38条。本标准由中国兵器工业集团公司提出。本标准由中国兵器工业集团公司归口。本标准起草单位:中国兵器工业标准化研究所、兵器工业第二。九研究所、国营第五三。八厂、北京理工大学。本标准主要起草人:麦绿波、陈亦庆、刘庆明、赵长明、高春清、魏晓羽、金锋、孙涛。本标准所代替标准的历次版本发布情况为:GBT 153131994。激光术语GBT 1531320081范围本标准规定了激光基础、激光技术、激光元器件与材料、激光器和激光设备与应用的术语及其符号与单位。本标准适用于科研、生产和教学。2术语21激光基础211激光laser激光辐射laser radiation由激光器产生的,波
6、长直到1 mm的相干电磁辐射。它由物质的粒子受激发射放大产生,具有良好的单色性、相干性和方向性。EIso 11145:2006,定义3323212辐射跃迁radiative transition一个激活粒子由高能态跃迁至低能态并释放一个光子的现象。213无辐射跃迁nonradiative transition激活粒子由高能态跃迁至低能态而无光子释放的现象。214量子缺失quantum defect激光光子能量与贡献于粒子数反转的泵浦光子能量之差。215激光束亮度brightness of laser beam在激光束输出方向上单位面积向单位立体角辐射的光功率。单位为瓦每平方米球面度(Wm_z
7、sr一)。216自发发射spontaneous emission处于高能级的粒子按一定几率自发地跃迁到低能级,同时发射光子的现象。217受激发射stimulated emission在外加辐射场作用下,处在高能级的粒子向低能级跃迁时,发射出与入射光子特性(频率、方向和偏振等)完全相同的辐射的现象。218受激吸收stimulated absorption在外加辐射场作用下,处在低能级的粒子向高能级跃迁时,吸收一个能量等于二能级间能量差的光子向高能级跃迁的现象。受激吸收和受激发射这两个过程统称为受激跃迁。1GBT 15313_2008219粒子数反转population inversion处于高能
8、级的粒子数多于处于低能级的粒子数时的非平衡状态。2110激光振荡阈值laser oscillation threshold使激光器内光子增益等于或大于腔内总损耗,从而产生激光的最低激发水平。2111激活粒子active particle可以通过受激发射而产生激光的原子、分子、离子和电子一空穴对等的总称。2112光增益gain of light光在介质中传播时,随着距离的增加而逐渐增强的现象。2113激光介质laser mediumactive medium具有光增益作用的介质。2114增益系数gain coefficientg通过单位长度激光介质的光场强度相对增加量,即;1 dIg一了五式中:
9、g一增益系数,单位为每米(m_1);J光强,单位为瓦每平方米(Wm2);z激光介质长度,单位为米(m)。2115增益饱和gain saturation当光强增加到一定程度后,激光介质的增益系数随光强增加而减小的现象。2116小信号增益small signal gain通过激光介质的光强较弱时,增益系数与光强的关系可忽略时的增益系数。2117单程增益辨in by one pass光从谐振腔的一端传播到另一端所获得的总增益。2118单程损耗loss by one pass光从谐振腔的一端传播到另一端所引起的总损耗。2119驰豫振荡relaxation oscillation在激光器达到稳定工作状态
10、之前,谐振腔内激光振荡与激发粒子之间互相制约而出现的一段不稳定振荡。2GBT 1531320082120均匀加宽homogeneous broadening引起加宽的物理因素对于每个原子都是等同的加宽。2121非均匀加宽 inhomogeneous broadening每个粒子只对谱线内与它的表观中心频率相应的部分有贡献时出现的加宽。2122多普勒加宽Doppler broadening由粒子无规则热运动引起的多普勒效应所导致谱线加宽的现象。2123谱宽度spectral bandwidth从、”谱功率(或能量)为其峰值一半处所对应波长(或频率)的最大间隔。A表示波长谱宽度,血表示光频率谱宽度
11、。ISO 11145:2006,定义35612124洛仑兹线型Lorentzian line shape谱线相对强度对频率的分布符合以下公式的线型: “V)一等瓦五手式中:gL(v)洛仑兹线型函数,单位为秒(s);一频率,单位为每秒(s-1); 谱线的线宽,单位为每秒(s-1);谱线的中心频率,单位为每秒(s_1)。2125高斯线型 Gaussian line shape谱线的相对强度对频率的分布符合高斯函数关系的线型:“V)一云(赤)z2exp一丽m c虿2(V一甜(s)式中:go(v)高斯线型函数,单位为秒(s);c光速,单位为米每秒(ms);m原子质量,单位为千克(kg);玻尔兹曼常数,
12、单位为焦每开(JK);卜绝对温度,单位为开(K);”一频率,单位为每秒(s。);谱线的中心频率,单位为每秒(s“)。2126烧孔效应hole-burning effect在非均匀加宽的激光介质内,由反转粒子数的频率选择性消耗效应造成增益频谱曲线的局部凹陷的现象。GBT 1531320082127兰姆凹陷Lamb dip在非均匀加宽的单纵模气体驻波激光器中,激光振荡频率与激光介质增益频谱曲线的中心频率重合时,其输出功率随振荡频率出现极小值的现象。2128反兰姆凹陷 inverted Lamb dip置于激光器谐振腔中的特殊气体盒,使激光器输出功率随频率变化的曲线在激光振荡频率等于该气体盒吸收谱线
13、中心频率处出现尖峰的现象。2129光学谐振毽optical resonator在其空间内能够激励建立和维持稳定的光频段电磁渡本征振荡的光学系统。2130谐振腔的g参数g parameter of resonator由谐振腔两块腔镜的曲率半径R1、R2及腔长L决定的、表征谐振腔稳定与否的参数91和gz(从腔内看腔镜时,凸面的曲率半径为负值)。gl一1一LRl;gz一1一LR2。2131稳定腔stable resollator具有两个端面反射镜,能使近轴光线保持在腔内作无限往返传输的谐振腔,激光谐振腔的两个g参数因子的数值满足ol条件。Uso 11145:2006,定义3582133谐振腔损耗lo
14、ss of resonator光波在谐振腔中往返传播时光能的损耗,通常包括:吸收损耗、衍射损耗、散射损耗和输出损耗等。2134衍射损耗diffraction loss光波在谐振腔中往返传播时,由孔径衍射而造成的光能量损耗。2135谐振腔费涅耳数Fresnel number of resonator标志谐振腔衍射损耗的参量,用式(4)表示。N一警式中:N费涅耳数;rl、r2分别为两反射镜的半径,单位为米(m);L谐振腔长,单位为米(m);A光波波长,单位为米(m)。421I 36谐振腔品质因子quality factor of r80natorQ代表谐振腔的质量指标的参量,用式(5)表示:Q一2
15、垦E1式中:Q一谐振腔品质因子;GBT 153132008E。存储在腔内的光波能量,单位为焦(J);E,一个振荡周期中损耗的光波能量,单位为焦(J)。2137光学谐振腔模式modes of optical resonator光学谐振腔内允许的电磁场的本征函数。通常用TEM知表示,下标中的m、n、q分别是零或正整数,用以表征模式的特征。2138纵模longitudinal mode在长度为L的谐振腔内,沿电磁波传播方向的电场分布本征函数。纵模数q一2n(A)L2描述其在光学谐振腔路径长上的半波长数,n为介质折射率。ISO 11145;2006,定义33532139横模transverse mod
16、e谐振腔内垂直电磁波传播方向的电场分布本征函数,或垂直电磁波传播方向光束功率(或能量)密度分布的本征函数。对于矩形对称,数m、n表示垂直电磁波传播方向的X,Y方向场分布的节点数(厄米高斯模)。对于圆对称,数p、z表示径向和方位节点数(拉盖尔高斯模)。EISO 11145:2006,定义33632140基模fundamental mode光学谐振腔中的最低阶横模。2141高阶模high-order mode、higher order mode泛指光学谐振腔中除了基模以外的其他阶横模。2142低阶模lower-order mode泛指光学谐振腔中最接近基模的模式。有时也特指一阶横模。基模占主导、包
17、含其他模式(包括高阶模)的混合模也被称为低阶模。2143模体积mode volume光学谐振腔中某个模式所占有的体积。2144模式简并 mode degeneracy同一频率的光波以不同模式存在于同一光学谐振腔中的现象。2145模式竞争mode competition阈值内增益较大而优先振荡的模式夺得系统能量,通过增益饱和而抑制了其他模式的现象。5GBT 153132008激光光束laser beam空间定向的激光辐射。ElSO 11145:2006,定义329光束轴beam axis在均匀介质内的光束传播方向上,光束横截面上功率(或能量)一阶矩所定义的质心连成的直线。IsO 11145:20
18、06,定义3111轴偏度misalignment angle激光器的光束轴相对制造商定义的机械轴的偏角。EISO 11145:2006,定义3L 2光束直径beam diameter光束直径beam diameterd。EIS03在垂直光束轴平面内,内含功率(或能量)占光束总功率(或能量)规定比例(“)的最小孔径的直径。当“一865时,下角标可省去。EISO 11145:2006,定义3313光束直径beam diameterd,ElS03用功率(或能量)密度分布函数的二阶矩定义的光束直径为:式(7)中在光束位置2处功率(或能量)密度分布函数E(x,y,z)的二阶矩为:托,一币fr E面(r,
19、q,z)rdrdq:I上E(z,了,z)dxd,zo;=一 E(x,y,Z)dxdy等一弘蝗肛妒GBT 153132008注1:理论上,必需对整个(工,y)平面进行积分。实际上,要求对占光束功率(能量)至少99的面积进行积分。注2:对于脉冲激光器,必需用能量密度H代替功率密度E。注3:为了明确,光束直径的标识要将符号及其适合的下标一起使用,即:d。或d。ISO 11145:2006,定义3322150光束半径bradius21501光束半径beam radius7MuISO在垂直光束轴平面内,内含功率(或能量)占光束功率(或能量)规定比例(“)的最小孔径的半径。注:为了明确,光束半径的标识要将
20、符号及其适合的下标一起使用,即:弛或叫。ISO 11145:2006,定义34121502光束半径beam radiusIsO用功率(或能量)密度分布函数的二阶矩定义的光束半径为:l#Ja(z)一2d(z)注1:二阶矩一(z)的定义见21492中公式(7)。注2:为了明确,光束半径的标识要将符号及其适合的下标一起使用,即ISO 11145:2006,定义3422151光束横截面积beam cross-sectional area21511或,。光束横截面积beam cross-sectional areaA。iso内含功率(或能量)占光束功率(能量)规定比例(“)的最小面积。注:为了明确,光束
21、横截面积的标识要将符号及其适合的下标一起使用,即:A。、山。ISO 11145:2006,定义32121512光束横截面积beam crcesectional areaA。ISO用功率(或能量)密度分布函数的二阶矩定义的圆横截面积为!兰4或椭圆横截面积为:!:生兰生型4注:为了明确,光束横截面积的标识要将符号及其适合的下标一起使用,即:AA。ISO 11145:2006,定义3222152束腰beam waist光束直径或光束宽度的最细处。7GBT 153132008ISO 11145:2006,定义31032153束腰直径beam waist diameter21531柬腰直径beam wa
22、ist diameterdo。EISO束腰位置处的内含功率(或能量)定义的光束直径d。注:为了明确,束腰直径的标识要将符号及其适合的下标一起使用,即:也。或d一。iso 11145:2006,定义3111321532束腰直径beam waist diameterdEIS03束腰位置处功率(或能量)密度分布函数的二阶矩定义的光束直径。注:为了明确,柬腰直径的标识要将符号及其适合的下标一起使用,即:面。或dm。ISO 11145:2006,定义3112J2154柬腰半径21541束腰半径WO,uOs03beam waist radiusbeam waist radius束腰位置处用内含功率(或能量
23、)定义的光束半径。注:为了明确,束腰半径的标识要将符号及其适合的下标一起使用,即:劬。或叫一。ISO 11145:2006,定义3121321542束腰半径beam waist radiusvJa0ISO束腰位置处功率(或能量)密度分布函数的二阶矩定义的光束半径。注:为了明确,柬腰半径的标识要将符号及其适合的下标一起使用,即:撕。或删m。Uso i1145:2006,定义312232155束腰宽度beam waist widths21551柬腰宽度beam waist widthsdddm,。EISO在z和Y方向上,束腰位置处基于内含功率(或能量)定义的光束宽度出。和d。注:为了明确,柬腰宽度
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