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1、I CS 31. 2印 L 51 JB 中 华 人 民 共 和 国 机 械 行 业 标 准 J B / T 9 4 9 1 - 1 9 9 9 氦氖激光器主要参数测试方法 Me a s u r i n g ma t h o d o f m a j o r p a r a m e t e r f o r H e 一 N e l a s e r s 1 9 9 9 一 0 8 一 0 6 发布2 0 0 0 一0 1 一0 1 实施 国 家 机 械 工 业 局发布 J B /r 9 4 9 1 - 1 9 9 9 前言 本标准是对Z B Y 3 3 2 -8 5沉氖激光器主要参数测试方法 的修订。
2、 修订时, 对原标准作了编辑性修 改, 主要技术内 容没有变化。 本标准自 实施之日 起, 代替Z B Y 3 3 2 -8 5 0 本标准由 北京光电 技术研究所提出并归口。 本标准起草单位: 北京光电技术研究所。 本标准主要起草人: 李熙。 本标准于 1 9 9 5 年 1 2 月首次发布。 中华人民共和国机械行业标准 氦氖激光器主要参数测试方法 邓 / T 9 4 9 1 - 1 9 9 9 代替Zs Y 3 3 2- -8 5 Me a s m i 电 m a t b 目 o f m a j o r 1n 曰 . 功 hr H e 一阮 L w e r s 范围 本标准规定了氮氛激光器
3、 ( 以下简称激光器 常用光电参数的测试方法。 本标准适用于输出连续波波长为 6 3 2 . 8二 的笼氮激光器。 2 定义 本标准采用下列定义。 2 . 1 最佳工 作电流 使激光器的输出达到最大时的工作电流值称为激光器的最佳工作电流: 2 . 2 工作电压 激光管在最佳工作电流下工作时的管压降称为激光器的工作电压。 2 . 3 起辉电压 使激光管内工作气体击穿, 产生辉光放电时的瞬时电压称为激光器的 起辉电 压。 2 . 4 共振模式 可能存在于激光光学谐振腔内的电磁场的本征态。 每一个本征态都具有一定的振荡频率和一定的空 间分布。 2 . 5 纵模 在垂直于光轴的横截面内, 共振模式的场
4、分布相同, 而沿光轴方向形 成驻波, 且具有确定沈生驻 演 波节数表征的纵向 场分布, 每一种纵向场分布形式就是一种纵模。 驻波波节数即为纵模数. 用4 表 示: 2L, a = 目 : 目 一 二 z 刀 .一 孟c ( 1 ) 式中:乙光学谐振腔腔长; 真空中的光速; 7 激 光 工作 物 质 的 折 射 率; 久 , , 存在于谐振腔内的振荡波长, 孩率。 2 . 6 横模 在垂直于光轴的横截面内, 共振模式具有确 定的场强分布, 每一种分布形式就是一种横模。 横模通 常用T E M一表示。 其中风。表示在二正交方向上板向场强为零的 节点数。 节点数二二 0 , n = 0 即 横向 场
5、强分布只有一 个极大值的 横模称为基 横 模, 通常也称为单模。 2 . 7 输出功率 激光器在其最佳T-tv虫流下的输出。 2 . 8输出 功 勒 间 稳 定 度 在工作条件不变的 情况下, 输出功率随时间波动的特性 ( 频率在1 H z 以下)为描出功率时间稳定 度。用公式( 2 ) 表示: 国家 机械工业局 1 9 9 9 一 0 8 一 0 6 批准2 0 0 0 一 0 1 一 0 1 实施 一 、 :) = t A P , ,. _ 1 P, 式中: S ( a ) 输出功率时间稳定度; A P , 在测I时间范围内, 激光输出功率最大测2值与最 小测f值之差; 只 在侧t时间范围
6、内, 激光输出 功率的 平均值。 2 . 9 输出 功率方位稳定度 在工作条件不变的情况下, 输出 功率随激光管方位角变化的 特性为输出 功率方位稳定度。用公 式 ( 3 ) 表示: 土 尸 S( 9 )=一 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 。 一 3 ) 护e 式中: 5 ( a ) 输出功率方位稳定度; 么 几激光管绕其光 轴转动一周, 激光 输出功率最大测蚤值与最小测量值之差; 尸 。 激光管绕其光轴转动一周, 激光输出 功率的 平均值。 2 . 1 0 光束半径 在垂直于光束的平面内 包含光 束总 功率规定百分数 (
7、u %) 的 最小孔径的 半径。 2 . 1 1 光束指向稳定度 在单位时间内激光光束中心最大离轴角度称为光束指向稳定度。用公式( 4 ) 表示: _二 A R - , . . . . 。 . . . . . , , . ( 4 ) z 式中: A _ 光束指向 稳定度, 功 招 d ; :测盘点到激光束 束腰( 激光束最小半径) 处的 距离, m; R距离激光束束腰: 处光束中 心的最大径向 偏移童, 二 。 2 . 1 2 光束发散角 表征光束发散度的童。 一般用 远场发 散角表示。 基模激 光光 束以 双曲线形式扩展, 双曲 线的 两条渐 近线之间的夹角为光束发散角( 全角) 。其计算见
8、公式( 5 ) : a 二 2 - 少2 . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 5 ) 式中: 6光束发散角 m -d ; :测1t 点到激光束束腰( 激光束最小半径) 处的距离, tn; 。 ( : ) 距离激光束束腰 :处的光束半径, 二 。 2 . , 3 线偏振度 光束中 偏振部分的光强与总光强之比。 实践中用检偏器将激光光 束分解为相互垂直的两部分, 并按 公式( 6 ) 计算线偏振度: ; 二 ( P .- P )I D . P i , 一 ( 6 ) 式中 : P 线 偏振 度 ; 只通过检偏器后的最大光功率;
9、 只通过检偏器后的最小光功率; 2 . 1 4 寿命 激光器能保持生产 方规定的 工作性能的时间。 本 标准规定: 激光器在最佳工作电流 下连 续运转, 输 出 功率下降到额定功率的1 / 2 时所用的时间为工 作寿命; 激光器 在实验室条件下存放, 输出 功率下降到 额定功率的 1 / 2时所用的时间为存放寿命。 3 测试条件 J 1 1 / T 9 4 9 1 - 1 9 9 9 3, 测试仪器 3 . 1 . 1 功率计 精确度不低于土 5 %, 并需经国家计量部门定期检定。 3 . 1 . 2 测试用仪表不低于 1 . 5级。 3, . 3 测试仪 器的不确定度不低于土 5 %。 32
10、 测试环 境 3 . 2 . , 实验室温 度 1 5 一 3 5 9 0 , 相对湿度4 5 %一 7 5 %, 大气压力8 6 k P a 一 1 0 6 M o 3 . 2 . 2 实验室内 空气流动速度不大于0 . 0 5 m / s , 无明显的振动、 烟雾和杂 散辐射的影响。 3 . 2 . 3 供电电源 必须是毯定电源。 3 . 2 . 4 在进行 测试时, 必须按产品 标准的 规定对激光器进行预热。 4 最佳工作电流的测试 4 . 1 测试装置 测试装置如图 1 所示。 图 1 4 . 2 测试规程 a ) 按图 1 连接好电路与光路。 b ) 点燃激光器, 达到预热时间后,
11、显 示的 数值即为 最佳工作电流值4 , 最佳工作 电流测试装 置示意图 调节激光电源. 使激光输出 功率达到最大值。 此时, 直流电流 表 5 工作电压的测试 51 测试装置 测试装置如图 1 所示。 5 . 2 测试规程 同 4 . 2 0 同时, 记录高压电压表显示的 数值, 此值减去电阻器上的电压认( 马= Rx 坏) 后 即为工作电压 值二 6 起辉电压的测试 6 . 1 测试装置 _ _J B / T 9 4 9 1 - 1 9 9 9 _ 测试装置如图 1 所示。 6 . 2 测试规程 a ) 按图 1 连接好电路与光路。 b ) 接通并缓慢地调节激光电源, 使其输出电压平稳地上
12、升, 直至激光 管工作气体击穿. 产生辉光 放电。从高压电 压表读取击穿瞬间的电 压值, 即为起辉电 压值。 7 翰出功 率的测 试 7 . 1 测试装置 测试装置如图 2所示。 盘先管 一 辱 洲 傲光电葱 往压电薄 图 2 7 . 2 测试规程 a ) 按图2连接好电路与光路。 b ) 点燃激光器, 达到预热时间后, 内多次测量. 并取平均值。 输出功率测试装置示意 图 调节激光电源,使其在最佳工作电流下运转。在一定时间间隔 8 输出功率时间德定度的测试 8 . 1 测试装置 测试装置如图 3所示。 徽光管徽光功率计 记录仪 滋光电西德压电耳 图 3 输出功率时间稳定度测试装置示意图 8
13、. 2 测试规程 a 按图 3 连接好电路与光路。 b ) 点燃激光器, 达到预热时间后, 调节激光电源, 使其 在最佳工作电流下运转。 用X一 Y记录仪或 者计算机采 集数据, 给出 输出功率随时间变化的曲 线。 c ) 测试1 h , 按公式( 2 ) 计算输出 功率的 时间稳定度。 9 输出功率方位稳定度的测试 -一.a a r r g a s , 一拍叩。_ 9 . , 本章内容适用于同轴式全内腔氮氖激光器。 9 . 2 测试装置 测试装置如图 a所示。 方位毯定度侧试装t 图a 输出功率方位稳定度测试装置示意图 9 . 3 测试规程 a ) 按图4 连接好电 路与光路,将激光管和激光
14、功率计固定在方位稳定度测试装置上, 使其同轴。 b ) 点燃激光器, 达到预热时间后, 调节激光电 源, 使其在最佳工作电 流下运转。使激光管和功率 计连续平稳地旋转, 每小时转动一周。 c ) 用X 一 Y记录 仪或者 计算机采集 输出 功率随方位变化的数据。 按公式( 3 ) 计算输出功率方位稳定 度 。 1 0 光束指向稳定度的测试 1 0 . 1 测试装置 测试装置如图 5所示。 图5 光束指向稳定度测试装置示意图 1 0 . 2 测试原理 激光偏差指示器是四 象限 探测器。 对角两块光电池组成减法电路。 当光束 垂直人射且与电中心重合 时, 探测器无信号输出。 当激光束方向 发生漂移
15、, 光束中心偏离探测器中心时, 探侧器失去平衡。 输出相 应的信号。信号由 记录仪或计算机采集, 给出 测试时间内光束中 心的 最大径向偏移I t . 1 0 . 3 测试规程 s ) 按图 5 连接好电路与光路。 b ) 点燃激光器, 达到预热时间后, 调节激光电 源, 使其在最佳工作电 流下运转。 调节激光管, 使激 光光束垂直人射到四 象限探测器上, 并使光束中 心与电中心重合。 。 ) 用X 一 Y记录仪或者计算机 采集激光光束随时间漂移的数据。 d ) 测盘时间不得小于 l h 。按公式 ( 4 )计算光束指向稳定度。 1 1 发散角的测试 1 1 . 1 测试装置 测试装置如图 6
16、所示。 徽光电坏 图6 发散角洲试装里示意图 1 1 . 2 测试规程 ( d 、 孔扫描法) a ) 按图 6连接好电路与光路。设置小孔探测器 ( 小孔直径小于光束半径的 1 / 1 0 ) 与激光束束腰的 距离不得小于7 m . b ) 点嫩激光器, 达到预热时间后, 调节激光电源, 使其在最佳工 作电流下运转。 调节激光管, 使激 光光束 垂直人射到小孔探侧器和光电 探测器上。 c ) 使小孔探测器 沿光斑直径移动扫描, 用X 一 Y记录仪或者计算机采集数据, 得到激光光强分布 曲线 。 d ) 根据光强分布曲线, 按公式( 5 ) 计算激光光束的发散角。 2 基横模的测试 1 2 .
17、1 光移i = 布测试法 测试装置如图6所示。 测试规程同 川. 2。要求沿光斑的任意两个正交的直径方向分别进行测蚤, 测试结果应一致。 1 2 . 2 频谱分析测试 法 1 2 . 2 . 1 测试原理 当 激光光 束截面的光 强分布为高斯函数分 布时. 相邻模谱最小的频率间隔为: , 。 二 c , 一 坷 4 ( 7 ) 这时输出的激光为塞横模 ( T m p ) o 若相邻模谱最小的频率间隔为: O v U = - c 一 4 , 7 f 1 - L ) ( I - L ) 、Q价 +0几1 .皿c o o s I we . 一- 下- 五 .n 卜 ( 8 ) 时, 则激光器有高阶橄
18、棋 输出。 式中, 。和。 是高阶橄棋阶数, O m+ A n = 正整数; 凡 和Re是激光谐振 腔两镜片的曲率半径。 1 2 . 2 . 2 侧试装置 测试装置如图 7 所示。 图 7 基横模侧试装置示意图 1 2 . 2 . 3 测试规程 a ) 按图 7连接好电路与光路。 b ) 点嫩激光器. 达到预热时间 后, 调节激光电源, 使其在最 佳工作电流下运转。 调节激光管, 使激 光光束垂直人射到共焦球面扫描干涉仪的接收器上。 。 ) 观察时间不得小于3 0 m in 。 观察 模式频谱结构 ( 同轴管应转动到不同 方位上观察), 只要出现多 模频率即认为输出不是基横模。 1 3 线偏振
19、度的测试 1 3 . 1 测试装置 测试装置如图 8所示。 滋光电耳 图 8 线偏振度测试装置示意图 1 3 . 2 测试规程 a ) 按图8 连接好电路与 光路。 b ) 点姗激光器. 达到 预热时间后, 调节激光电 源, 使其在最佳工作电流 下运转。 调节激光管, 使激 光光束垂直人射到检偏器和激光功率计上。 c ) 使检偏器旋转, N $ 激光光束通过检偏器的最大光强几 和最小光强只 。 d ) 按公式 ( 6 ) 计算线偏振度。 1 4 寿命试验 1 4 . 1 工作寿 命试验 1 4 . 1 . 1 侧试装置 测试装里如图 9所示。 1 4 . 1 . 2 测试规程 a ) 按图 9连接好电路与光路。 b ) 点燃激光器, 达到预热时间后, 调节激光管, 使激光光束垂直人射到激光功率计上, 调节激光 电 源, 使 其 在 最佳 工 作电 流 下 运 转。 同 时 计时 开 始 。 c ) 使激光器连续运转, 监测输出 功率, !至其下降到额定输出功 率的1 / 2 时终止计时。 计时器显 示的时间即为工作寿命。 1 4 . 2 存放寿命试验 1 4 . 2 . 1 测试装置 测试装置如图 9所示。 1 4 . 2 . 2 测试规程 定期检测存放试脸的激光管的 愉出功率, 凡下降到 额定输出 功率的1 / 2 以下时, 即 认为其存放寿命 终止 。
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