WWW.LIBRUS.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - собрание публикаций
 

«ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ ГОСТ Р и с о НАЦИОНАЛЬНЫЙ 13694СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ 2010 ФЕДЕРАЦИИ ОПТИКА И ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ЛАЗЕРЫ И ЛАЗЕРНЫ Е УСТАНОВКИ (СИСТЕМЫ ) Методы ...»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО

ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

ГОСТ Р и с о

НАЦИОНАЛЬНЫЙ

13694СТАНДАРТ

РОССИЙСКОЙ 2010

ФЕДЕРАЦИИ

ОПТИКА И ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

ЛАЗЕРЫ И ЛАЗЕРНЫ Е УСТАНОВКИ (СИСТЕМЫ )

Методы измерений распределения плотности мощности (энергии) лазерного пучка ISO 13694:2000 Optics and optical instruments — Laser and laser-related equipment — Test methods for laser beam power [energy] density distribution (IDT) Издание официальное Москва Стандартинформ написание ту ГОСТ Р ИСО 13694— 2010 Предисловие Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации — ГОСТ Р 1.0— 2004 «Стандартизация в Российской Федерации .

Основные положения»

Сведения о стандарте 1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений» (ФГУП «ВНИИОФИ») на основе собственного аутентичного перевода на русский язык международного стандарта, указанного в пункте 4 2 ВНЕСЕН Управлением метрологии Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии 3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регу­ лированию и метрологии от 30 ноября 2010 г .

№ 766-ст 4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 13694:2000 «Оптика и опти­ ческие приборы.Лазеры и лазерные установки (системы). Методы измерений распределения плотности мощности (энергии) лазерного пучка» (ISO 13694:2000 «Optics and optical instruments — Laser and laser-related equipment — Test methods for laser beam power [energy] density distribution») .

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных междуна­ родных стандартов соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации, сведения о которых приведены в справочном приложении А 5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежеме­ сячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответству­ ющая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

–  –  –

Содержание 1 Область применения

2 Нормативные с с ы л к и

3 Термины и о п р е д е л е н и я

4 Система координат

5 Параметры распределения, полученные по результатам и зм е р е н и й

6 Процедуры аппроксимации результатов измерений

7 Методика измерений

8 Подготовка к проведению измерений, выбор измерительной аппаратуры и вспомогательных изме­ рительных принадлежностей

8.1 Методические у ка з а н и я

8.2 П од гото вка

8.3 Обеспечение нормальных условий измерений





8.4 Приемно-усилительные устройства

8.5 Оптическая система формирования пучка, ослабления и деления интенсивности излучения.. 7 9 Выполнение измерений

9.1 Подготовка измерительной уста н о вки

9.2 Калибровка приемно-усилительного устройства

9.3 Регистрация данных и коррекция шумов (ф о н а )

10 Обработка результатов изм ерений

10.1 Выбор и оптимизация пределов интегрирования

10.2 Контроль и оптимизация коррекции влияния шумов ( ф о н а )

11 Протокол и зм е р е н и й

Приложение А (справочное) Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов ссы­ лочным национальным стандартам Российской Ф е д е р а ц и и

ГОСТ РИ С О 13694— 2010 Предисловие к международному стандарту ИСО 13694:2000 «Оптика и оптические приборы .

Лазеры и лазерные установки (системы). Методы измерений распределения плотности мощности (энергии) лазерного пучка»

ИСО (Международная организация по стандартизации) — Всемирная федерация национальных органов по стандартизации (членов ассоциации). Разработкой международных стандартов обычно занимаются технические комитеты. Каждый член ассоциации, заинтересованный в тематике, для кото­ рой создан технический комитет, имеет право быть представленным в этом комитете. Международные правительственные и неправительственные организации, связанные с ИСО, также принимают участие в работе. ИСО тесно сотрудничает с Международной электротехнической комиссией (МЭК) по всем воп­ росам электротехнической стандартизации в области электротехники .

Проекты международных стандартов разрабатывают в соответствии с правилами, изложенными в Директивах ИСО/МЭК, часть 2 .

Проекты международных стандартов, принятые техническими комитетами, рассылают членам ассоциации для голосования. Публикация в качестве международного стандарта требует одобрения по крайней мере 75 % членов ассоциации, принявших участие в голосовании .

В подтверждение согласия с фактами возможного использования в данном стандарте патентов и необходимости коррекции рисунка 1 все утверждения и ссылки в тексте, относящиеся к определению и установлению границ применимости понятия «тонкая аппроксимация», следует исключить во избежа­ ние неточностей и возникновения возможной путаницы .

Международный стандарт И С 0 13694 подготовлен подкомитетом ПК 9 «Электрооптические систе­ мы» Технического комитета ИСО/ТК 172 «Оптика и фотоника» .

IV ГОСТ Р ИСО 13694— 2010 Введение к международному стандарту ИСО 13694:2000 «Оптика и оптические приборы .

Лазеры и лазерные установки (системы). Методы измерений распределения плотности мощности (энергии) лазерного пучка»

Многие применения лазеров основаны на использовании данныхо распределении плотности мощ­ ности (энергии) в поперечном сечении пучка как в ближней, так и в дальней зонах*. Распределение плот­ ности мощности (энергии) лазерного пучка характеризуют пространственным распределением плотности излучаемой мощности (энергии), получаемым экспериментально при поперечном смещении в выделенной плоскости, перпендикулярной направлению распространения излучения. Вобщем случае распределение плотности мощности (энергии) пучка изменяется вдоль направления распространения .

В зависимости от мощности (энергии), размера, длины волны, поляризации и когерентности пучка в раз­ личных ситуациях применяют разные методы измерений. Обычно используют пять методов с примене­ нием: линейки или двумерной матрицы с электронной камерой регистрации ее выходных сигналов;

варьируемой диафрагмы; сканирующего пинхола; движущегося резкого края (секущего ножа или ножа Фуко); перемещаемой щели .

Международный стандарт устанавливает как определения терминов и обозначений, используе­ мых для описания распределения плотности мощности, так и требования к методикам и средствам выполнения этих измерений. Для импульсных лазеров наиболее часто измеряемой величиной является распределение интегрированной во времени плотности мощности (т. е. плотности энергии) .

В соответствии с И С 0 11145 можно использовать два разных определения для описания и измере­ ния диаметра лазерного пучка. Одно определение основано на измерениях доли мощности (энергии), заключенной в круглом сечении пучка; второе — на определении пространственных моментов распре­ деления плотности мощности (энергии) лазерного пучка .

Использование пространственных моментов необходимо для вычисления коэффициента распространения пучка К (или М2 = - ) по результатам измерений ширин пучка в его сечениях на различных К расстояниях вдоль оси распространения излучения. И С 0 11146 описывает эту методику измерений. Для других применений могут быть использованы иные определения диаметра пучка. Для некоторых вели­ чин, используемых в настоящем международном стандарте, первое определение (основанное на мощ­ ности (энергии), заключенной в круге с данным диаметром) является более подходящим для применения .

Международная организация по стандартизации (ИСО) обращает внимание на то обстоятельство, что данный документ может включать в себя сведения об использовании патентов, содержащих оценки уровней отрицательного фонового шума при получении изображений измеряемых распределений ПЗС-камерой, какописано в 9.3.2 .

ИСО не дает никаких заключений относительно достоверности, подтверждения, компетентности этих патентных прав .

Владелец патентного права (US № 5,418,562 и 5,440,562 и РСТ WO 94/27401) заверил ИСО, что он заключит лицензионные соглашения на разумные и приемлемые сроки и условия сжелающими во всем мире. Это заявление владельца данного патента подтверждено и заверено с ИСО.

Информацию можно получить по адресу:

Spiricon Ins .

Laser Beam Diagnostics 2600 North Main Logan, UT 84341 USA .

Следует обратить внимание на возможность того, что некоторые части настоящего стандарта могут быть предметом патентирования другими лицами, которые не указаны выше. ИСО не несет отве­ тственности за любые подобные договоры или патенты .

* В настоящем международном стандарте ближнюю зону определяют как поле излучения лазера на расстоя­ нии z от места перетяжки пучка, которое меньше расстояния Рэлея zR. Дальнюю зону определяют в соответствии с ИСО 11145 .

–  –  –

Введение к национальному стандарту Российской Федерации ГОСТ Р ИСО 13694—2010 «Оптика и оптические приборы. Лазеры и лазерные установки (системы) .

Методы измерений распределения плотности мощности (энергии) лазерного пучка»

Целью настоящего стандарта является прямое применение в Российской Федерации международ­ ного стандарта ИСО 13694:2000 «Оптика и оптические приборы. Лазеры и лазерные установки (систе­ мы). Методы измерений распределения плотности мощности (энергии) лазерного пучка» какосновы для изготовления и поставки на экспорт объекта стандартизации по договорам (контрактам) .

ГОСТ Р ИСО 13694—2010 представляет собой полный аутентичный текст ИСО 13694:2000 .

–  –  –

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОПТИКА И ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

ЛАЗЕРЫ И ЛАЗЕРНЫЕ УСТАНОВКИ (СИСТЕМЫ)

Методы измерений распределения плотности мощности (энергии) лазерного пучка

–  –  –

Настоящий стандарт распространяется на методики измерений распределения плотности мощ­ ности (энергии) в поперечном сечении пучка лазерного излучения. В стандарте приведены определения параметров, характеризующих пространственные свойства функций распределения плотности мощ­ ности (энергии) лазерного излучения в поперечном сечении пучка в любой точке вдоль линии его распространения .

2 Нормативные ссылки

Следующие нормативные документы содержат положения, которые через ссылки в настоящем тексте составляют положения настоящего стандарта. Для датированных ссылок последующие поправки или пересмотры любой из этих публикаций неприменимы. Однако сторонам соглашений, основанных на настоящем стандарте, рекомендуется изучить возможность применения самых последних изданий нормативныхдокументов, указанных ниже. Для ссылки без даты следует применять последнее издание упо­ мянутого нормативного документа. Члены ИСО и МЭК ведут перечни действующих международных стандартов .

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ИСО 11145:1994 Оптика и оптические приборы. Лазеры и относящееся к лазерам оборудование .

Словарь и обозначения ИСО 11146:1999 Лазеры и лазерные установки (системы). Методы измерений параметров лазер­ ного пучка. Ширины, углы расходимости и коэффициенты распространения лазерных пучков ИСО 11554:1998 Оптика и фотоника. Лазеры и лазерные установки (системы). Методы испыта­ ний лазеров и измерений мощности, энергии и временных характеристик лазерного пучка МЭК 61040:1990 Измерительные преобразователи, приборы и установки для измерений лазер­ ного излучения

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по И С 0 11145, МЭК 61040, а также следующие терми­ ны с соответствующими определениями:

3.1 измеряемые величины 3.1.1 плотность мощности Е(х, у, z): Часть мощности в сечении пучка с координатой z, которая падает на поверхность площадью 54 вместе с координатами х, у, деленная на площадь 54 .

3.1.2 плотность энергии Н(х, у, z) (импульсный режим излучения лазера): Часть энергии (интег­ рированной по времени мощности) в сечении пучка с координатой z, которая падает на поверхность пло­ щадью 54 вместе с координатами х, у, деленная на площадь 54 Н(х, у, z) = J Е (х, у, z)dt .

Издание официальное ГОСТ РИСО 13694—2010 3.1.3 мощ ность P(z): М ощ ность непрерывного лазерного излучения в сечении пучка с координа­ той z

–  –  –

3.1.5 м аксим альная плотность мощности (энергии) Emax(z) [Hmax(z)]: М аксимальное значение ф ункции Е(х, у, z) [Н(х, у, z)] пространственного распределения плотности мощ ности (энергии) в сечении пучка с координатой z .

3.1.6 координата максимума (xmax, у тах, z): Координата z точки на оси распространения пучка, где расположено сечение с Emax(z) или Hmax(z) в плоскости ху .

П р и м е ч а н и е — Координаты (xmax, утах, z) могут быть определены неоднозначно, если измерения про­ водят с приемниками излучения, имеющими недостаточно высокое пространственное разрешение и относительно малый диапазон измерений .

3.1.7 пороговая плотность мощ ности (энергии) Ец7{г) [Нц1{г )]т. Плотность мощ ности (энергии), составляющ ая частьг| от максимальной плотности мощ ности (энергии) в сечении пучка с координатой z:

EnT{z) = r|Emax(z) — для непрерывного излучения;

Нц1(г) =r[Hmax(z) — для импульсного излучения;

0 г| 1 .

П р и м е ч а н и е — Обычно значение г| выбирают таким, чтобы ЕцТ или Н еб ы л и чуть больше, чем влияю­ щие на характеристику преобразования приемника излучения максимальные пучки фонового шума во время изме­ рений. В 9.3 описаны методы вычитания фонового шума, используемые для определения нулевого уровня приемно-усилительного устройства. Такие факторы, как применение лазера, тип распределения плотности мощ­ ности (энергии), чувствительность приемно-усилительного устройства, линейность его характеристики преобразо­ вания и ее нулевая линия, уровень смещения и т. п., также могут влиять на выбор д .

3.2 параметры распределения плотности м ощ ности (энергии) 3.2.1 эф ф ективная м ощ ность (энергия) P^(z)[Q (z)]: P n(z)[Q n(z)] оцениваю т суммированием только по тем участкам сечения с координатами (х, у), для которых Е(х, у) Ец1{Н(х, у) НцТ] .

3.2.2 частичная м ощ ность (энергия) f^z): Доля эф ф ективной мощ ности (энергии) для заданного т| от полной мощ ности (энергии) в пространственном распределении в сечении пучка с координатой z:

для непрерывного излучения;

–  –  –

0ф )1 .

3.2.3 центр тяжести, координаты центроида (х,у ): Первые линейны е моменты в сечении пучкас координатой z .

П р и м е ч а н и е — Более детальное определение приведено в ИСО 11145 .

ш ирины пучка cfoX(z), doy(z): Ш ирины dax(z) и day(z) пучка в поперечных н апр а вл е н и я хх и у 3.2.4 при продольной координате z, равные учетверенном у квадратному корню из вторых линейны х моментов распределения плотности мощ ности (энергии) относительно центроида .

Примечания 1 Более детальные определения приведены в ИСО 11145 и ИСО 11146 .

2 Положения ИСО 11146 справедливы применительно к определениям и измерениям:

1) второго момента ширин пучка daXv d^y;

\

2) ширин пучка dx u wdy и, определяемых как наименьшая ширина щели, которая в центре пучка пропускает и процентов полной мощности (энергии) (обычно и = 86,5);

3) с использованием сканирующей щели ширин пучка dx ц и dy ц, рассматриваемых как расстояние между положениями, где плотность пропущенной плотности мощности уменьшается до 0,135Ер;

4) ширин пучка dx к и dy к, определяемых как расстояние между положениями затемнения при движении резкого края, при которых затемнение равно 0,84Ри 0,16Р;

ГОСТ Р ИСО 13694—2010

5) корреляционных зависимостей, устанавливающих соотношения между приводимыми различными опре­ делениями и методиками измерений ширин .

3.2.5 эллиптичность пучка (эксцентриситет) (z) [e(z)]: Параметр для количественной оценки близости распределения в сечении с координатой z к площади круга или квадрата, описываемый ф орму­ лами:

эллиптичность пучка Цг) = эксцентриситет пучка e(z) = где направление х выбирают вдоль главной оси распределения, так что dGX d ay .

П р и м е ч а н и е — Если е 0,5 или 0,87, то циркулярно-симметричные распределения можно рассмат­ ривать как круглые, а прямоугольного типа — как квадратные .

3.2.6 площ адь поперечного сечения пучка Л а(г):

Л с = лс/д/4 — для пучка с круглым поперечным сечением;

т Л с = л/4d aXdG — для пучка с эллиптическим поперечным сечением .

y т 3.2.7 эф ф ективная площ адь облучения А'ц(г): Площ адь облучения в сечении пучка с координа­ той z, для которой плотность мощ ности (энергии) превыш ает пороговую плотность мощ ности (энергии) .

Примечания 1 Параметр распространяется не на любые формы распределения. Например, для распределения типа полого кольца площадь эффективного облучения не определяют через ширины пучка daX или day .

2 См. определение пороговой плотности мощности (энергии) в 3.1.7 .

3.2.8 эф ф ективная средняя плотность мощности (энергии) Ец(г) [Нц(г)]: Пространствен­ но-усредненное распределение плотности мощ ности (энергии) в сечении пучка с координатой z, опреде­ ленное как взвеш енное среднее:

р Ец(г) = - 1 — для непрерывного излучения;

Ai Нц(г) = — — для импульсного излучения .

^

–  –  –

Примечания 1 U = 0 указывает на полностью однородное распределение, имеющее плоскую вершину и вертикальные края. выражают в долях или процентах .

2 При интегрировании по площади пучка между пороговыми уровнями это определение позволяет количес­ твенно оценивать крылья пучков по степени их однородности. Поэтому измерения однородности могут быть выпол­ нены для различных частей полного пучка мощности (энергии) без специфического определения ограничивающей апертуры или отнесения кформе или размеру распределения. Таким образом, используя уравнения, приводимые в определениях 3.2.2 или 3.2.10, можно утверждать, что при использовании значений д = 0,385 % было найдено, что пучок имеет однородность распределения плотности в сечении мощности (энергии) с координатой ^соответствую ­ щую среднему квадратическому отклонению от его среднего значения, равному ± 4,5 % безотносительно к форме распределения, размеру и т. п .

3.2.11 о д н о р о д н о сть поверхн ости плато Up(z) (для распределения, им ею щ его проф иль с почти плоской верш иной):

Up(z) = AEpWHM — для н епреры вного излучения;

^гпах Up(z) = AHfwhm — для им пульсного излучения, Ч тах где AEfw hm [AHfw hm ] — полная ш ирина на половине м аксим ум а (full-w idth at h a lf m axim um — FW H M ) пика вблизи Emax [H max] гистограм м ы плотности м ощ ности (энергии) Л/(Е,) [Л/(/-/,)], т. е. числа полож ений, о п ре д ел яем ы х координатам и (х, у), при которы х р еги стри р ую т да н н ую плотность м ощ ности (энергии) Е,Н е ­ п р и м е н е н и е — 0 Up(z) 1, Up(z) -» 0 по мере того, как распределение становится более плоским на вершине .

–  –  –

П р и м е ч а н и е — s(z)- 0 по мере того, как распределение плотности мощности (энергии) вдоль коорди­ наты х или установится все более прямоугольным. Параметры Emax, Е^, Р А F l /^и s проиллюстрированы рисунком для однородного распределения плотности мощности по координате х в сечении пучка с координатой z .

Рисунок 1 — Изображение однородного распределения плотности мощности Е(х) в одном определении ГОСТ Р ИСО 13694— 2010

3.3 алгоритмы аппроксимации результатов измерений 3.3.1 грубая аппроксимация R: Нормированное максимальное отклонение аппроксимированно­ го теоретического распределения от измеренного

–  –  –

4 Система координат Декартовы координаты х, у, z определяют ортогональные направления в пространстве, связанные с системой осей пучка. Оси х и у перпендикулярны оси пучка и связаны с поперечной плоскостью (сечени­ ем) пучка. Излучение распространяется вдоль оси z. Начало оси z совпадает с опорной плоскостью х—у и определяется производителем лазера (например, передняя плоскость его корпуса). Для эллиптичес­ ких пучков главные оси распределения совпадают с осями х и у соответственно. В случаях, когда глав­ ные оси распределения повернуты относительно лабораторной системы координат, применяют указания ИСО 11146, регламентирующие поворот на азимутальный угол с в лабораторной системе р координат .

5 Параметры распределения, полученные по результатам измерений В определениях, приведенных в 3.2.1 — 3.2.12, интегралы должны быть вычислены по всем сечени­ ям (х, у), для которых Е(х, у) ЕцТили Н(х, у) НцТ. Эта процедура ограничения пределов интегрирования в интегралах отличается от методики измерений с ограничением апертурной диафрагмой 99 % мощнос­ ти (энергии), используемой для вычисления ширин пучка методом второго момента, регламентируемого И С 0 11146. Перед использованием порога ограничения необходимо применить соответствующее вычи­ тание фона из измеренного сигнала. В соответствии с примечанием к 3.1.7 обычно значение д выбирают таким, чтобы ЕцТ или НцТ слегка превышало пучки фонового шума приемно-усилительного устройства во время измерений .

П р и м е ч а н и е — Поскольку на практике лазерные пучки имеют конечные размеры поперечных сечений, а приемники излучений, преобразующие пространственное распределение плотности мощности, обладают конеч­ ным пространственным разрешением, то определения, используемые для вычислений в настоящем стандарте, должны содержать дискретные конечные суммы, а не интегралы. Определенные интегралы используют, потому что они более компактны по сравнению с суммами, что является общей практикой при решении подобных вопросов .

Информация по практическому выбору пределов интегрирования содержится в 10.1 .

–  –  –

* Аппроксимация методом наименьших квадратов придает равные веса всем участкам распределения. Для многих распределений равное взвешивание для крыльев и центральной части не совсем подходит .

ГОСТ Р ИСО 13694— 2010

–  –  –

7 Методика измерений В первую очередь измеряют распределение плотности мощности (энергии) Е(х, у) [Н(х, у)] в сече­ нии с координатой z путем размещения приемника излучения с достаточно высоким пространственным разрешением непосредственно в пучке. Чувствительную площадку приемника помещают непосре­ дственно в сечении с координатой z нормально к направлению распространения излучения или исполь­ зуют подходящую оптическую систему, проецирующую изображение плоскости в сечении с координатой z на поверхность приемника. При этом необходимо, чтобы измеряемое распределение плотности мощ­ ности (энергии) было стационарным. Для излучения лазеров с временными флуктуациями следует использовать усредненную плотность мощности (энергии). После проведения измерений на основе определений, приведенных в 3.2, вычисляют параметры, характеризующие распределение плотности мощности (энергии) излучения .

8 Подготовка к проведению измерений, выбор измерительной аппаратуры и вспомогательных измерительных принадлежностей

8.1 Методические указания Для измерений распределения плотности мощности (энергии) лазерных пучков могут быть исполь­ зованы любые устройства, обеспечивающие высокое пространственное разрешение и широкий рабо­ чий диапазон .

Методики, обычно применяемые для измерений пространственного распределения плотности мощности лазерного пучка, включают в себя использование одномерного (линейка) и двумерного (мат­ рица) измерительных преобразователей с электронной схемой обработки их выходных сигналов, скани­ рование пинхолом по одной и двум осям, сканирование по одной оси щелью или резким краем, пропускание излучения сквозь варьируемые апертуры (измерения мощности в «ковше»), а также дву­ мерную денситометрию путем отражения, флуоресценции, фосфоресценции и экспонирования пленки .

8.2 Подготовка Оптические оси лазерного пучка и измерительной системы должны быть коаксиальны. Для этого необходимо обеспечить возможность соответствующей юстировки элементов оптического тракта. Сле­ дует убедиться, что любые вариации направленности пучка во время проведения измерений не влияют на точность получаемых результатов .

Оптические элементы: делители пучка, ослабители, линзы или объективы — должны быть уста­ новлены так, чтобы оптические оси проходили через их центры. Следует избегать систематических погрешностей. Отражения, внешние засветки, тепловое излучение или конвективные потоки являются потенциальными источниками погрешностей .

Поле зрения оптической системы должно полностью включать в себя поперечное сечение лазер­ ного пучка. Ограничение сечения пучка за счет дифракционных потерь не должно превышать 1 % полной мощности или энергии .

После того как начальные приготовления закончены, необходимо оценить полноту попадания лазерного пучка на поверхность приемника. Для этого в пучок перед каждым оптическим компонентом, а ГОСТ Р ИСО 13694— 2010 также перед самим приемником излучения вводят апертуры разных диаметров. Апертура, которая уменьшает мощность лазерного пучка на 5 %, должна иметь диаметр, составляющий 0,8 от диаметра апертуры оптического компонента .

8.3 Обеспечение нормальных условий измерений Должны быть предприняты соответствующие меры: механическая и акустическая защита установ­ ки, экранирование лаборатории от воздействия внешнего излучения, температурная стабилизация лаборатории, использование малошумящих усилителей — для того, чтобы обеспечить низкий уровень дополнительных погрешностей результата измерений .

Следует убедиться в отсутствии в атмосфере лаборатории газов или паров, способных поглощать лазерное излучение и тем самым искажать результаты измерений параметров высокоинтенсивных пуч­ ков .

8.4 Приемно-усилительные устройства Измерения параметров распределения плотности мощности (энергии) требуют использования измерителей мощности (энергии), имеющих высокое пространственное разрешение приемника излуче­ ния на длине волны излучения лазера. Точность измерений непосредственно связана с пространствен­ ным разрешением приемно-усилительной системы и отношением сигнал — шум. При этом особое внимание следует уделить ряду специфических особенностей измерений параметров распределения плотности мощности:

- порог насыщения, отношение сигнал — шум и линейность характеристики преобразования при­ емно-усилительного устройства должны быть определены из сертификата производителя или путем проведения измерений на длине волны лазерного излучения. Любая спектральная зависимость, нели­ нейность или неравномерность распределения чувствительности по приемной поверхности приемника излучения локально или по апертуре должны быть минимизированы или скорректированы посредством калибровки;

- рабочий диапазон приемника излучения должен быть не менее 100:1;

- для обеспечения приемлемого пространственного разрешения желательно, чтобы матрица при­ емника излучения содержала не менее 2500 пикселей;

- следует убедиться в том, что плотность мощности (энергии) не превышает пороговых значений при данных длине волны и длительности импульса, грозящих разрушением чувствительной площадки приемника излучения;

- регламентируемые ИСО 11146 для измерений ширин пучка методики варьируемой диафрагмы, движущегося резкого края (ножа Фуко) и перемещаемой щели пригодны также для измерений распреде­ лений плотности интенсивности в любом сечении пучка с координатой z вдоль направления распростра­ нения излучения;

- при измерениях распределения плотности мощности сканированием сечения линейкой прием­ ников или одноканальным приемником с пинхолом необходимо обеспечить на все время выполнения измерений пространственную и временную стабильности пучка;

- при измерениях распределения плотности энергии в сечении пучка импульсного лазера необхо­ димо обеспечить стабильность измеряемых параметров в течение интервала как непосредственно дис­ кретизации (стробирования), так и задержки срабатывания схемы запуска, причем оба эти параметра должны быть внесены в протокол измерений .

8.5 Оптическая система формирования пучка, ослабления и деления интенсивности излу­ чения Если площадь поперечного сечения пучка превышает площадь чувствительной поверхности при­ емника излучения, необходимо использовать подходящую оптическую систему для уменьшения площа­ ди сечения пучка, вписываемой в площадь чувствительной поверхности. Изменение увеличения оптической системы должно быть учтено при обработке результатов измерений .

Характеристики безаберрационных оптических элементов должны соответствовать выбранной длине волны. Для уменьшения плотности мощности (энергии) на чувствительной поверхности приемни­ ка излучения допускается применение ослабителей оптического излучения — в тех случаях, когда воз­ можны превышение рабочего (линейного) диапазона приемника или близость к порогу разрушения его чувствительной поверхности. Любые зависимости характеристик ослабителя от длины волны, поляри­ зации, угла падения излучения, а также нелинейность характеристики преобразования или неравномер­ ность распределения чувствительности по поверхности приемного элемента должны быть скорректированы при калибровке приемно-усилительного устройства .

ГОСТ Р ИСО 13694— 2010 Ни один из элементов оптической системы не должен оказывать заметного влияния на относитель­ ное распределение плотности мощности (энергии) в сечении пучка. При проецировании сечения пучка на чувствительную площадку приемника излучения оптической системой следует при обработке резуль­ татов измерений учитывать вносимое ею увеличение или уменьшение изображения .

Следует уделить внимание устранению влияния на результаты измерений таких эффектов, как отражение или рассеяние стороннего излучения внешними объектами, а также явлений интерферен­ ции, если они влияют на определяемые распределения мощности (энергии) лазерного излучения. Нап­ ример, при использовании матричных приемников такие ложные эффекты могут возникать при наличии входного окна. В этом случае следует либо применять противоотражающее покрытие, либо избавиться от входного окна .

9 Выполнение измерений

9.1 Подготовка измерительной установки Если отсутствуют специальные указания в сертификате производителя, то лазер и приемно-усили­ тельное устройство перед началом измерений должны быть прогреты в течение 1 ч. Условия эксплуата­ ции лазера должны соответствовать указываемым его производителем .

При согласовании диапазона выходного сигнала приемника излучения и его чувствительности с характеристиками электронной схемы обработки и регистрации измерительной информации уровень фонового излучения должен быть таким, чтобы при полном перекрытии пучка лазерного излучения во всех точках сечения с координатами (х, у) можно было регистрировать шумовой сигнал Ев(х, у) 0 или Нв(х,у ) 0 .

Во избежание взаимной компенсации положительных и отрицательных амплитуд шумовых сигна­ лов при вычислении параметров пучка (см. 9.3.2) необходимо исключить подавление приемно-усили­ тельным устройством отрицательных пиков шумового сигнала .

Коэффициент усиления электронной схемы должен обеспечить режим измерений в пределах все­ го линейного участка рабочего диапазона характеристики преобразования. С помощью ослабителей интенсивности излучения (см. 8.5) регулируют уровень выходного сигнала электронной схемы таким образом, чтобы отношение сигнал — шум было не менее 100:1 .

9.2 Калибровка приемно-усилительного устройства 9.2.1 Пространственная калибровка Пространственную калибровку выполняют путем размещения в сечении с координатой z перпен­ дикулярно направлению распространения пучка диафрагмы с точно измеренным отверстием или любо­ го перекрывающего пучок экрана с известными размерами отверстия и измерения приемно-усилительным устройством его эквивалентного размера. При использовании промежуточной оптической системы для формирования изображения сечения с координатой z на чувствительной пло­ щадке приемника излучения размеры преграды на трассе распространения пучка следует выбирать из соображений подавления дифракции, что достигают надлежащим подбором оптической силы и разре­ шающей способности проецирующей оптической системы. Если чувствительная поверхность приемни­ ка излучения расположена непосредственно в сечении с координатой z, то перекрывающая пучок преграда в целях минимизации краевых дифракционных эффектов должна быть в соприкосновении с упомянутой поверхностью .

9.2.2 Энергетическая калибровка При необходимости измерений абсолютных значений распределения плотности мощности (энер­ гии) энергетическую калибровку следует начать с регистрации произвольного распределения Е ' (х, у) [или Н ' (х, у)] с последующим вычислением суммарной в данном сечении мощности Р ' (энергии Q ') по формулам:

Р ' = j j Е ' (х, y)dxdy — для непрерывных лазеров;

Q ' = J J Н' (х, y)dxdy — для импульсных лазеров .

Затем средством измерений мощности лазерного излучения (лазерным ваттметром) или сред­ ством измерений энергии лазерного излучения (лазерным джоульметром) измеряют соответственно полную мощность Р или энергию Q в поперечном сечении пучка с координатой z.

Условия и методика измерений Р и Q регламентированы МЭК 61040 и ИСО 11554, результатами которых становятся абсо­ лютные значения суммарных для данного сечения Р или Q, по которой определяют абсолютные распре­ деления соответствующих плотностей, служащих для калибровки приемно-усилительного устройства:

ГОСТ Р ИСО 13694— 2010

Р Е(х, у) = —Е ' (х, у) — для непрерывных лазеров;

Н(х, у) = —Н ' (х, у) — для импульсных лазеров .

У С

9.3 Регистрация данных и коррекция шумов (фона) 9.3.1 Общие сведения После открытия затвора лазера (разблокирования пучка) должно быть получено и зарегистрирова­ но измеренное распределение плотности мощности (энергии) Emeas(x, у) [или Hmeas(x, у)]. Для импу­ льсных лазеров плотность мощности Едолжна быть заменена на плотность энергии Н. При измерениях на импульсных лазерах необходимо обеспечить интегрирование мощности на протяжении всей дли­ тельности импульса .

В соответствии с разделами 9 и 10 должно быть проведено по крайней мере 10 независимых изме­ рений, а в отчете о проведении испытаний следует привести значения измеренных величин и вычислен­ ные соответствующие стандартные отклонения. Для лазерных пучков, профили которых флуктуируют во времени, могут быть выполнены усредненные во времени измерения распределения путем усредне­ ния по меньшей мере 10 отдельных реализаций Emeas(x, у) [или Hmeas(x, у)] .

Сигналы, зарегистрированные как Emeas(x, у) [или Hmeas(x, у)], могут быть представлены суммой двух частей: «истинного» распределения плотности мощности (энергии) Е(х, у) [или Н(х, у)] в измеряе­ мом пучке и возможного неоднородного поля фона Ее(х, у), созданного другими источниками, такими как излучение сторонних источников или излучение, наведенное самим приемником:

E meas(* У) = Е (х У) + Е в ( х У)-

Для коррекции фона при измерениях параметров, определенных в 3.2.3 и 3.2.4, следует руковод­ ствоваться указаниями И С 0 11145 и И С 0 11146. Когда измеряют параметры пучка, приведенные в 3.2.1 и 3.2.2, а также в 3.2.7— 3.2.12, должна быть применена процедура коррекции фона, чтобы устранить его влияние в крыльях распределения, существенно проявляющегося при вычислении интегралов. Коррек­ цию проводят путем вычитания поля фона или среднего значения фона из регистрируемого сигнала. Для приемно-усилительного устройства, имеющего постоянный уровень фона по всей площади чувстви­ тельной площадки, может быть внесена поправка на вычитание среднего уровня фона в соответствии с 9.3.3. Во всех других случаях необходимо проводить полное вычитание поля фона, какописано в 9.3.2 .

9.3.2 Коррекция вычитанием поля фона С использованием той же измерительной установки должна быть выполнена регистрация «темнового изображения» поля фона Ев (х, у) непосредственно перед получением «поля сигнала», характери­ зующего распределение плотности мощности (энергии). Для непрерывных лазеров пучок должен быть перекрыт затвором в месте, где луч выходит из корпуса лазера; для импульсных лазеров получение дан­ ных может быть проведено при отсутствии запуска импульса .

С использованием вычитания поля фона скорректированное распределение описывает выра­ жение

Е (х, У) = E meas(x У) ~ Е в (х У)-

П р и м е ч а н и е — В случаях, когда на приемник попадает переменное во времени остаточное окружаю­ щее излучение, которое может исказить результаты, измерения поля фона и сигнала должны быть выполнены последовательно близко друг к другу по времени. Для импульсных или непрерывных лазеров с быстродействую­ щим затвором это может быть достигнуто с использованием попеременно чередующихся циклов работы прием­ но-усилительного устройства в сочетании с вычитанием фона в реальном режиме времени .

В результате вычитания фона в скорректированном распределении плотности мощности (энергии) могут возникнуть отрицательные значения шума. Эти отрицательные значения должны быть включены в последующие расчеты, для того чтобы скомпенсировать как положительные, так и отрицательные амплитуды шумов .

Вычитание поля фона не всегда приводит к смещению нулевой линии. Даже малые смещения нулевой линии могут привести кбольшим погрешностям в расчете параметров, характеризующих изме­ ренное распределение плотности мощности (энергии). Следует позаботиться о минимизации погреш­ ностей, связанных со смещением нулевой линии (см. 10.2) .

ГОСТ Р ИСО 13694— 2010

–  –  –

где N — полное число отдельных точек (х, у) на чувствительной площадке приемника излучения, для которых зарегистрированы данные .

При использовании вычитания усредненного фона скорректированное распределение описывает выражение Е(х, У) = Emeas(x, у ) - Е в 10 Обработка результатов измерений

10.1 Выбор и оптимизация пределов интегрирования Настоящие указания применяют при выборе пределов интегрирования, использованного при опи­ сании параметров распределения плотности мощности (энергии), определенных в 3.2.1 и 3.2.2, а так­ же 3.2.7— 3.2.12. Указания, которые распространяются на параметры, определенные в 3.2.3 и 3.2.4, содержатся в ИСО 11145 и ИСО 11146 .

В пределах допустимой неопределенности измерений результаты вычислений параметров, харак­ теризующих распределение плотности мощности (энергии), должны быть нечувствительны к выбранно­ му пороговому значению д, используемому при измерениях. Нечувствительность результатов вычислений к установке порогового значения ЕцТ или /-/^долж на быть проверена изменениями значе­ ния г) на 5— 10 %, например, д от 0,01 до 0,011 с пересчетом имеющих к этому отношение параметров .

Если получают отличие больше, чем допустимая неопределенность измерения, то для вычислений дол­ жно быть выбрано другое пороговое значение .

Эту процедуру следует повторять, пока не будет найдено пороговое значение д, для которого вычисленные параметры стабильны. Так как все параметры, определенные в 3.2.7,3.2.9— 3.2.12, нечу­ вствительны (инвариантны) к значению мощности (энергии импульса) лазерного излучения, используе­ мого при измерении распределения плотности мощности (энергии), пригодность для измерений данного лазерного ваттметра (джоульметра) может быть проверена путем изменений степени однородности распределения P(Q) в поперечной плоскости х, у в сечении с координатой z и проверки сохранности вновь рассчитанных значений в пределах допустимой неопределенности .

Например, должно быть проверено, что отношение f ^= P^ P (или Q^Q) имеет значение, близкое к един ице, и остается стабильным при малых изменениях (на ~ 20 %) мощности (энергии импульса) в сече­ нии z. Сравнивая со значениями P(Q), измеренными отдельно калиброванным измерителем мощности (энергии) пучка, помещенным в сечении z, можно проверить корректность значения д, использованного для вычисления Р (Q ). Процедуры пространственной и энергетической калибровок приемно-усили­ тельного устройства описаны в 9.2.1 и 9.2.2 .

10.2 Контроль и оптимизация коррекции влияния шумов (фона) Скорректированные распределения плотности мощности (энергии) следует использовать для вычисления параметров, определенных в 3.2. Вариациями порогового значения следует проверить, что усредненный фон соответствующим образом обнулен и параметры, характеризующие распределение плотности, достаточно стабильны по отношению кэтим вариациям .

Правильность процедур коррекции, используемых для вычитания поля фона или усредненного фона, должна быть проверена изменением от 5 % до 10 % установленных значений ЕцТ\лт H-j- и пере­ счетом параметров, которые характеризуют распределение плотности мощности (энергии). Если при этом получена разница, превышающая допустимую неопределенность измерений, то может быть необ­ ходима дополнительная оптимизация коррекции фона. В пределах допустимой неопределенности результаты вычислений параметров, характеризующих распределение плотности мощности (энергии), должны быть нечувствительны к выбранному значению порогаг|, используемому при измерениях .

ГОСТ Р ИСО 13694—2010 11 Протокол измерений

Результаты измерений должны быть зарегистрированы и содержать следующую информацию:

Наименование организации, выполнявшей испытания (измерения) Дата________________ И.О. Фамилия оператора_________________

а) сведения о лазере и его параметрах при испытаниях (измерениях) Тип лазера________________ Производитель_______________________

М одель____________________ Серийный ном ер____________________

Длина(ы) волн(ы )__________ Поляризация_______________________

–  –  –

Ь) геометрия проведения испытаний (измерений) Выбор опорной плоскости_________________________________________________________________

Выбор лабораторной системы координат х ', у ', z ' _____________________________________________

Плоскость местоположения приемно-усилительного устройства относительно опорной плоскости

–  –  –

ГОСТ Р ИСО 13694— 2010

d) оптические элементы Формирующая пучок оптическая система между сечением с координатой z и приемником излуче­ ния_________________________________________________________________________________________

–  –  –

Коэффициент ослабления_______________________________________________________________

Коэффициент отражения расщепителя пучка______________________________________________

Следующие параметры указывают по требованию пользователя:

е) пороговая часть, используемая при измеренияхг| = __________________________________

f) мощность (энергия) пучка в среднее значение стандартное отклонение сечении z Мощность пучка Р Энергия пучка Q Эффективная мощность пучка Рц Эффективная энергия пучка Qn

g) средняя плотность мощности (энергии) в сечении z Средняя плотность мощности Ер Средняя плотность энергии Нр

h) положение пучка в сечении z среднее значение стандартное отклонение Положение максимума (хтах, утах) Положение центроида (х, у")

i) эффективные размеры пучка в среднее значение стандартное отклонение сечении z Азимутальный угол ср Ширины dG, day X Площадь поперечного сечения пучка Аа Облучаемая площадь А'ц

j) форма пучка в сечении z среднее значение стандартное отклонение Эллиптичность, Эксцентриситет е Фактор плоскостности Fp Однородность и ц Однородность плато Up Доля мощности (энергии) f Крутизна среза s Качество аппроксимирующего распределения:

Грубая аппроксимация R

к) данные распределения Данные должны быть представлены в изометрической (график поперечного сечения) или таблич­ ной форме для распределения плотности мощности (энергии) по крайней мере по двум выделенным осям (предпочтительнее по главным осям), должен быть указан центроид распределения в сечении z .

Данные должны быть представлены после соответствующего вычитания фона, но без порогового огра­ ничения. Пороговое значение должно быть указано в данных распределения .

ГОСТ Р ИСО 13694—2010

–  –  –

Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов ссылочным национальным стандартам Российской Федерации Таблица А.1

–  –  –

П р и м е ч а н и е — В настоящей таблице использовано следующее условное обозначение степени соот­ ветствия: ЮТ — идентичные стандарты .

ГОСТ Р ИСО 13694—2010 У ДК 537.872:006.354 ОКС 31.260 Т35

–  –  –





Похожие работы:

«ТРУДЫ МФТИ Труды Московского физико-технического института (государственного университета) Том 10, № 3 (39) 2018 год Содержание К 100-летию профессора, доктора технических наук, декана факультета управления и прикладной математики, заведующего кафедрой математических основ управления Москов...»

«162 Электронное научное издание "Устойчивое инновационное развитие: проектирование и управление" том 11 № 4 (29), 2015, ст. 12 www.rypravlenie.ru Выпуск подготовлен по итогам V Международной научной конференции по фундаментальным и прикладным проблемам устойчивого развития в системе "природа – общество – человек" (21-22 декабря 2015 г.)...»

«УДК 662.957.8 Н. Б. Лошкарев1,2, Д. Ф. Муксинов1 40 ФГАОУ ВО "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина", г. Екатеринбург, Россия; ОАО "Научно-исследовательский институт металлургической теплотехники" (ОАО "ВНИИМТ"), г. Екатеринбург, Россия РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕ...»

«23/05/2005 КРУПНЫМ ПЛАНОМ: ОАО Марийский ЦБК Сокровище в малом ОАО Марийский ЦБК: сокровище в малом Марийский ЦБК (Республика Марий Эл, г. Волжск) является одним из старейших предприятий целлюлозно-бумажной промышленности (ЦБП), ко...»

«ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ДЛЯ МОНТАЖА ГАРАЖНЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ СЕКЦИОННЫХ ВОРОТ ИЮНЬ 2010 Содержание ОПИСАНИЕ КОМПЛЕКТОВ ВОРОТ СОСТАВ СТАНДАРТНОГО КОМПЛЕКТА СЕКЦИОННЫХ ВОРОТ 1.1 Элементы cтандартного комплекта секционных ворот: 1.1.1 Панели ворот 1.1.2 Схема усилен...»

«Готовцев Андрей Михайлович РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ СТАБИЛИЗАЦИИ ТЕЧЕНИЯ ПАРА В ВЫХЛОПНЫХ П А Т Р У Б К А Х И ВЬШОСНЫХ Р Е Г У Л И Р У Ю Щ И Х КЛАПАНАХ П А Р О В Ы Х ТУРБИН Специальность 05.04.12 Турбомашины и ко...»

«Ганин Александр Васильевич Формирование учетно-контрольной системы в соответствии с МСФО на нреднриятиях дорожно-строительной отрасли 08.00.12 Бухгалтерский учет, статистика Автореферат диссертации на соискание ученой степени 1 доктора экономических наук 1 5 к | Д ? 2012 Орел-2012 Работа выполнена в фе...»







 
2019 www.librus.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - собрание публикаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.