GB T 26599.1-2011 激光和激光相关设备.激光光束宽度、发散角和光束传输比的试验方法.第1部分:无像散和简单像散光束.pdf
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1、ICS 31.260 L 51 GB 中华人民=lI二./、和国国家标准GB/T 26599. 1 -20 1 1/ISO 11146-1 : 2005 激光和激光相关设备激光光束宽度、发散角和光束传输比的试验方法第1部分:无像散和简单像散光束Lasers and laser-related equipment-Test methods for laser beam widths , divergence angles and beam propagation ratios-Part 1 : Stigmatic. and simple astigmatic beam (lSO 11146-1:
2、2005 ,IDT) 2011-06-16发布数码防伪中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会2011- 11 -0 1实施发布GB/T 26599.1-20门/ISO11146-1 :2005 目次前言.m 1 范围.2 规范性引用文件.3 术语和定义.4 坐标系.5 5 试验原理55. 1 适用性-5.2 光束宽度和光束直径5.3 光束发散角.5.4 光束传输比.5 5. 5 束腰位置、光束宽度、光束发散角与光束传输比的综合测量56 测量布置与测试设备.6. 1 概述-6.2 准备.56.3 环境控制.66.4 探测器系统.6.5 光束整形光学元件与光学衰减器6. 6
3、 聚焦系统.6 7 光束宽度和光束直径的测量.6 7.1 试验程序7.2 评估.7 8 发散角的测量88.1 试验程序.8 8.2 评估89 束腰位置、光束宽度、光束发散角与光束传输比的综合确定810 试验报告.9 参考文献.12 I GB/T 26599.1-2011 /ISO 11146-1: 2005 前言激光和激光相关设备激光光束宽度、发散角和光束传输比的试验方法分为3个部分:一一第1部分:无像散和简单像散光束;一一第2部分:广义像散光束;一一第3部分:激光光束的本征和几何分类、传输和详细的试验方法。本部分为GB/T26599的第1部分。本部分使用翻译法等同采用国际标准ISO11146
4、-1 :2005(激光和激光相关设备激光光束宽度、发散角和光束传输比的试验方法第1部分:无像散和简单像散光束)C英文版)。本部分做了下列编辑性修改z在规范性引用文件中,用采用国际标准的我国标准代替对应的国际标准。本部分由中国机械工业联合会提出。本部分由全国光学和光子学标准化技术委员会CSAC/TC103)归口。本部分起草单位:国家食品药品监督管理局杭州医疗器械质量监督检验中心。本部分主要起草人:黄丹、孙瑜、韩坚城、杜垄、叶岳顺、叶中琛。m山GB/T 26599.1-2011 /ISO 11146-1: 2005 激光和激光相关设备激光光束宽度、发散角和光束传输比的试验方法第1部分:无像散和简单
5、像散光束1 范围GB/T 26599的本部分规定了激光光束的光束宽度(直径)、发散角与光束传输比的测量方法。GB/T 26599的本部分仅适用于元像散和简单像散光束。如果光束的类型未知,或者光束是广义像散光束,则本部分不适用。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过GB/T26599的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分。然而鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本部分。GB/T 15313-2008 激光术语(ISO11145: 2006 , MOD)
6、 JB/T 6860-1993 测量激光辐射功率能量的探测器、仪器与设备(lEC61040: 1990 , IDT) ISO 11146-2: 2005 激光和激光相关设备激光光束宽度、发散角和光束传输比的试验方法第2部分:广义像散光束ISO 13694 光学和光学仪器激光和激光相关设备激光光束功率(能量)密度分布的试验方法3 术语和定义3. 1 GB/T 15313-2008、ISO13694 ,JB/T 6860-1993以及下列的术语和定义适用于本部分。注:在这些定义中,x轴、y轴和z轴是针对第4章中描述的实验室系统。在此处和本标准中,术语功率密度分布E(x,y,z)是指连续波光源。对于
7、脉冲光源,可以将其替换为能量密度分布H(x,y,z)飞功率密度分布的一阶矩first order moments of a power density distribution x ,y 光束横截面功率密度分布的质心坐标,用式(1)和式(2)表示:j f E(川归f f E(x,y,z)出dy+ j f E(川训y(z) =:;:二主f f E(川汕dy注:在实际应用中,如第7章所给出的具体情况下,无穷积分简化为有限积分。. ( 1 ) ( 2 ) GB/T 26599.1-2011 /ISO 11146-1: 2005 3.2 3.3 3.4 3.5 功率密度分布的二阶矩second ord
8、er moments of a power density distribution 4,y功率密度分布的归一加权积分,用式(3)式(5)表示:j fE,山一讪xdy: (z) = X2) =一-1十.( 3 ) f f E(x,y,z)d均j f E(川仰一3弘)2由O! (z) = y2) = =t工十.川.川.( 4 ) f f E(x,如z)由dy扫。+j f E(x,y山川y仇川,z沁一讪一豆弘讪川)川油d由zX),.(zz) = x均:y)=中一+忡+忡 f f E(川z)注1:如第7章所给出的具体情况下,无限积分简化为有限积分。注2:!,(z)是一个符号表示,而不是真实的平方。该
9、数值可为正数、负数或零值。注3:角括号是运算符号,1S011146-2: 2005和1S0/TR11146-3中均有使用。功率密度分布的主轴principal axes of a power density distribution 基于光束横截面上功率密度分布中心二阶矩的最大和最小光束范围的轴。注:最大和最小光束范围的轴线总是相互垂直的。功率密度分布的取向orientation of a power density distribution cp 实验室系统的工轴和更靠近z轴的功率密度分布的主轴之间的夹角。. ( 5 ) 注:从本定义可知,若|伊|笋霄/4,/4伊/4;若伊=士/4,则伊就定
10、义为z轴和功率密度分布主要主轴(最大光束范围对应的主轴)之间的夹角。光束宽度beam widths d眶,d叩以功率密度分布的中心二阶矩为基础,在分别沿着与实验室坐标系的z轴或y轴更近的主轴轴线z处,光束横截面上功率密度分布的范围。3.6 3. 7 2 注1:如果主轴与实验室坐标系的z轴和y轴之间成/4夹角,那么按惯例d,为较大的光束宽度。注2:本定义与GB/T15313-2008的3.5.2中给出的定义不同,在那个标准中光束宽度仅被定义为在实验室系统中,而在GB/T26599的本部分光束宽度被定义为在主轴系统中。功率密度分布的椭圄率ellipticity of a power density
11、 distribution E 最小和最大光束宽度之间的比率。圆形功率密度分布circular power density distribution 椭圆率大于0.87的功率密度分布。. GB/T 26599.1-2011/ISO 11146-1 :2005 3.8 光束直径beam diameter d. 以二阶矩为基础的圆形功率密度分布的范围。3.9 无像散stigmatism 光束在自由传输中的任一平面上具有圆形功率密度分布并且通过柱面透镜传输后功率密度分布保持不变或具有和透镜相同的方位取向的特性。3. 10 简单像散simple astigmatism 像散光束在自由传输中方位角保持恒
12、定取向的并且通过对称轴与一个光束主轴平行的圆柱光学元件后仍保持其原有取向的特性。注2简单像散光束的功率密度分布的主轴被称为该光束的主轴。3. 11 广义像散general astigmatism 既不是无像散光束也不是简单像散光束的光束特性。注:GB/T 26599的本部分仅涉及元像散和简单像散光束。关于广义像散光束,见ISQ11146-2:2005. 3.12 束腰位置beam waist locations ZOx ,ZOy ,Zo 光束宽度或光束直径沿传输轴达到最小值的位置距Z=O参考平面的距离。见图10图1简单像散光束的光束传输参数注1:对于超出了本部分的范围的广义像散光束,本定义不适
13、用。注2:对于简单像散光束,对应于主轴的束腰位置ZOx和Zo,可能重合,也可能不重合。3 GB/T 26599.1-20门/ISO11146-1 :2005 3. 13 3. 14 3. 15 和束腰宽度beam waist widths d眶。,d叩O简单像散光束在束腰位置处的光束宽度。注:do是位置Zox处的光束宽度d眶,也。是位置ZOy处的光束宽度d们束腰直径beam waist diameter da() 无像散光束在束腰位置处的光束直径。光束发散角beam divergence angles 眶,呼,光束宽度或光束直径随着离束腰位置距离的增加而增大的程度,用式(6)式(8)表示:对于
14、简单像散光束对于元像散光束注1:光束发散角用全角表示。dax (z) ax = lim 一一一一(Z-ZO.:z:)z-ZOx d叩(z)归=lim 一一一一(Z-ZOy)z-ZOy d.(z) . - lim 一一一一(%-%0)z-zo ( 6 ) .( 7 ) . ( 8 ) 注2:本定义与GB/T15313-2008的3.18.2中给出的定义不同,在那个标准中光束发散角仅被定义为在实验室系统中,而在GB/T26599的本部分光束发散角被定义为在主轴系统中。3. 16 光束传输比beam prop略目ionratios 注1:光束传输比代替了ISO11146: 1999中使用的衍射极限倍
15、率因子。注2:对于元像散和简单像散光束,只要相关光学元件不改变光束的无像散或简单像散特性,3.16.1和3.16.2中定义的光束传输比是传输不变量。3. 16. 1 光束传输比beam propagation ratios M:和M;对于简单像散光束,沿着被测光束主轴的光束参数乘积与相同波长A的衍射极限的理想高斯光束光束参数乘积之间的比值,用式(9)和式(10)表示:3. 16.2 光束传输比beam propagation ratio M 鸟在 daxo 8ax 4 M=旦.生也 4 . ( 9 ) . ( 10 ) 对于无像散光束,被测光束的光束参数乘积与相同波长A的衍射极限的理想高斯光束
16、(TEMoo)光束参数乘积之间的比值,用式(11)表示:GB/T 26599.1-2011月SO11146-1:2005 Mdo8. 4 .( 11 ) 4 坐标系x,y,z轴规定了实验室坐标轴系统的正交空间方向,并应由用户指定。z轴应与光束方向大体重合。z轴和y轴是横截轴,通常分别对应于水平方向和垂直方向。z轴的原点位于制造商定义的x-y参考面,例如激光器外壳的前端面。5 试验原理5. 1 适用性以下试验原理仅适用于无像散和简单像散光束。IS011146-2: 2005中的试验原理适用于广义像散光束。5.2 光束宽度和光束直径为了确定位置z处的光束宽度或直径,应测量在这个位置z处x-y平面上
17、的激光光束功率密度分布。如有必要,应对测得的数据进行适当的本底校正(见IS0/TR11146-3)。根据测得的功率密度分布,计算一阶矩和中心二阶矩。根据中心二阶矩,可以确定光束宽度dax(功,d叩(纱,椭圆率,以及在适当的情况下也可以确定光束直径d.(z)。5.3 光束发散角通过测量聚焦元件焦平面上的光束宽度或光束直径确定其发散角。首先,应使用元像差聚焦元件变换激光光束。对于简单像散光束,在距离聚焦元件后主平面一倍焦距f位置处测量光束宽度db;f和dayf0相应的发散角配和咱由式(2)和式(13)确定:仇=字. (山和d叩f-一可f对于元像散光束,测量光束直径d矿发散角由式(4)确定:.=字5
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