Государственная поверочная схема для средств измерений энергии, распределения плотности энергии, длительности импульса и длины волны лазерного излучения в диапазоне длин волн от 0,3 до 2,0 мкм

МИНИСТЕРСТВО ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ТОРГОВЛИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ (Рос стандарт)

ПРИКАЗ

28 сентября 2018 г.    2088

УТВЕРЖДЕНА приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от «28» сентября 2018 г. №2088

ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОВЕРОЧНАЯ СХЕМА ДЛЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ЭНЕРГИИ, РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЭНЕРГИИ, ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСА И ДЛИНЫ ВОЛНЫ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ДИАПАЗОНЕ ДЛИН ВОЛН о г 0,3 до 2,0 м км

1.    Область применения

Государственная поверочная схема (ГПС) распространяется на средства измерений энергии, распределения плотности энергии, длительности импульса, длины волны лазерного излучения и устанавливает порядок передачи единиц энергии — джоуля (Дж), распределения плотности энергии — джоуля на квадратный сантиметр (Дж/см²), длительности импульса — секунды (с), длины волны лазерного излучения — метра (м) от государственного первичного специального эталона этих единиц при помощи вторичных и рабочих эталонов 1-го разряда (РЭ 1-го разряда) средствам измерений единиц с указанием погрешностей и основных методов передач единиц величин.

Графическая часть Государственной поверочной схемы для средств измерений энергии, распределения плотности энергии, длительности импульса и длины волны лазерного излучения в диапазоне длин волн от 0,3 до 2,0 мкм представлена в приложении А.

2.    Сокращения и обозначения

2.1    В настоящем проекте применены следующие сокращения:

ВЭ — вторичный эталон;

ГПСЭ — государственный первичный специальный эталон;

ДИ — лазерное излучение;

НСП — неисключенная систематическая погрешность;

РПЭ - распределение плотности энергии;

СИ — средство измерений;

СКО — среднее квадратическое отклонение результатов измерений;

ТС — техническое средство.

2.2    В настоящем проекте применены следующие обозначения:

f_n — частота повторения;

Н(х_уу) — распределение плотности энергии;

Р — средняя мощность;

Q — энергия импульса;

Sdfay) — погрешность передачи единицы РПЭ, выраженная в виде среднего квадратического отклонения;

Sbq — погрешность передачи единицы энергии ЛИ, выраженная в виде среднего квадратического отклонения;

S& — погрешность передачи единицы длины волны ЛИ, выраженная в виде среднего квадратического отклонения;

S,,t„ — погрешность передачи единицы длительности импульса ЛИ, выраженная в виде среднего квадратического отклонения;

и_е — суммарная стандартная неопределенность измерений;

X — длина волны;

т„ — длительность импульса лазерного излучения.

3.    Государственный первичный специальный эталон

3.1    ГПСЭ применяют для воспроизведения и хранения единиц энергии, распределения плотности энергии, длительности импульса, длины волны ЛИ и передачи единиц при помощи ВЭ и РЭ 1-го разряда средствам измерений.

3.2    В состав ГПСЭ входят следующие ТС и оборудование:

комплекс ТС для воспроизведения, хранения и передачи единицы энергии импульсного ЛИ;

комплекс ТС для воспроизведения, хранения и передачи единицы распределения плотности энергии импульсного ЛИ;

комплекс ТС для воспроизведения, хранения и передачи единицы длительности импульса ЛИ;

комплекс ТС для воспроизведения, хранения и передачи единицы длины волны ЛИ;

3.3    Диапазон значений, воспроизводимых ГПСЭ, составляет:

энергии от МО"² до 510"' Дж для Q на фиксированных X 0,532; 1,064 и 1,570 мкм;

распределения плотности энергии от МО"⁴ до М0”²Дж/см² — для Н(х,у) в диапазоне X от 0,4 до 1,1 мкм;

длительности импульса от МО"⁹ до МО”⁶ с для т„ в спектральном диапазоне X от 0,4 до 1,1 мкм;

длительности импульса от 5 1О”¹¹ до МО”⁹ с для т„ в спектральном диапазоне X от 0,4 до 0,8 мкм;

длины волны ЛИ от 0,3 до 1,1 мкм для X в диапазоне мощности ЛИ Р от 110"⁴ до 1 • 10”' Вт и в диапазоне энергии ЛИ Q от 110"⁴ до 1 10”' Дж.

3.4    ГПСЭ обеспечивает воспроизведение единиц:

энергии импульсного ЛИ с CKO Sq не более 210"¹ % при десяти независимых наблюдениях, НСП ©@ не более 210"' %, суммарная стандартная неопределенность измерений uJiQ) не более 5 10"' %;

распределения плотности энергии импульсного ЛИ с CKO S_fl(xv) не более 410"’% при десяти независимых наблюдениях, НСП 0_И(Ку) не более 410"'%, суммарная стандартная неопределенность измерений и<(Н) не более 1,2 %;

длительности импульса ЛИ в диапазоне т„ от 1 10~⁹ до 1 10"⁶ с с СКО 5т_н не более 0,7-10”' % при десяти независимых наблюдениях, НСП ©т„ не более МО”¹ %, суммарная стандартная неопределенность измерений мДт„) не более 210''%;

длительности импульса ЛИ в диапазоне т„ от 5 10"^п до 1 10~⁹ с с СКО 5т„ не более 2 % при десяти независимых наблюдениях; НСП 0т„ не более 3 %, суммарная стандартная неопределенность измерений i/Дт„) не более 3 %;

длины волны ЛИ в диапазоне X от 0,3 до 1,1 мкм с СКО не более 5 10’⁴ % при десяти независимых наблюдениях, НСП 0>. не более 2 10”⁴ %, суммарная стандартная неопределенность измерений и_с(Х) не более 5 10 ⁴ %.

3.5    Для обеспечения воспроизведения единиц энергии, распределения плотности энергии, длительности импульса и длины волны ЛИ с указанной точностью следует соблюдать правила хранения и применения ГПСЭ, утвержденные в установленном порядке.

3.6    ГПСЭ применяют для передачи единиц энергии, распределения плотности энергии, длительности импульса и длины волны ЛИ ВЭ и РЭ 1-го разряда методом прямых измерений.

4. Вторичные эталоны

4.1    В качестве ВЭ единицы энергии импульсного лазерного излучения в диапазоне т„ от 1-10'¹² до 510'¹ с используют комплекс, в состав которого входят источник излучения пикосекундных и наносекундных импульсов лазерного излучения, первичный измерительный преобразователь, контрольный фотоэлектрический преобразователь энергии излучения, система регистрации и обработки информации.

СКО результата измерений энергии ВЭ единицы энергии импульсного лазерного излучения в диапазоне значений энергии от 10*⁵ до 10*' Дж на длине волны 1,064 мкм и от 10'⁵ до 5* 10'² Дж на длине волны 0,532 мкм составляет не более 0,5 %.

ВЭ единицы энергии импульсного лазерного излучения в диапазоне т„ от МО'¹² до 5-10'¹ с применяют для передачи единицы энергии РЭ 1-го разряда методом прямых измерений.

4.2    В качестве ВЭ единицы энергии импульсного лазерного излучения в мобильном исполнении в диапазоне т„ от 510'⁹ до 710'⁹ с используют комплекс, в состав которого входят источник излучения наносекундных импульсов лазерного излучения, первичный измерительный преобразователь, контрольный фотоэлектрический преобразователь энергии излучения, система регистрации и обработки информации.

СКО результата измерений энергии ВЭ единицы энергии импульсного лазерного излучения в диапазоне значений энергии от 510'³ до 2-10’¹ Дж на длине волны 1,064 мкм и от 5*10*³ до 5-10'² Дж на длине волны 0,532 мкм составляет не более 1,5 %.

ВЭ единицы энергии импульсного лазерного излучения в мобильном исполнении в диапазоне т„ от 5 10'⁹ до 7 10⁹ с применяют для передачи единицы энергии РЭ 1-го разряда на местах их дислокации методом прямых измерений.

4.3    В качестве ВЭ пространственно-энергетических характеристик импульсного лазерного излучения в диапазоне т„ от МО'¹¹ до МО'¹⁰ с используют комплекс, в состав которого входят аппаратура измерений пространственно-энергетических характеристик импульсного лазерного излучения и аппаратура передачи единиц ширины и угла расходимости лазерного пучка, система регистрации и обработки информации.

СКО измерений плотности энергии и углов расходимости ВЭ пространственно-энергетических характеристик импульсного лазерного излучения в диапазоне т„ от 1 10 ^п до 1 10¹" с составляет не более 2 %.

ВЭ пространственно-энергетических характеристик импульсного лазерного излучения в диапазоне т„ от МО'¹¹ до МО*¹⁰ с применяют для передачи единиц ширины и угла расходимости лазерного пучка РЭ 1-го разряда методом прямых измерений.

4.4    В качестве ВЭ единицы длительности импульса ЛИ в диапазоне т„ от 3- КГ¹² до 1 КГ⁹ с используют комплекс, в состав которого входят электроннооптическая камера, фемтосекундная лазерная система с X = 0,525 мкм.

интерферометр Фабри-Перо, оптоволоконный стретчер, система регистрации и обработки информации.

СКО ВЭ единицы длительности импульса ЛИ в диапазоне т„ от 3 10"¹² до I 10"⁹ с Sx„ составляет не более 3 %.

ВЭ единицы длительности импульса ЛИ в диапазоне т„ от 310"¹² до МО"⁹ с применяют для передачи РЭ 1-го разряда единицы длительности импульса ЛИ методом непосредственного сличения.

5. Рабочие эталоны 1-го разряда

5.1    В качестве РЭ 1-го разряда единицы энергии импульсного ЛИ используют комплексы, состоящие из стабилизированных импульсных лазеров в диапазоне X от 0,3 до 2,0 мкм с т„ от МО"¹⁵ до МО"⁷ с, системы электрической градуировки, системы регистрации и обработки информации. РЭ 1-го разряда единицы энергии импульсного ЛИ в диапазоне значений энергии от 10*⁵ до 2 Дж применяют для передачи единицы методом прямых измерений.

5.2    В качестве РЭ 1-го разряда единицы распределения плотности

энергии импульсного    ЛИ    используют    комплексы,    состоящие из

стабилизированных импульсных лазеров с диапазоном диаметра пучка <4 от 1 до 50 мм и в диапазоне X от 0,3 до 2,0 мкм с т„ от 1 ■ 10"¹⁵ до 1-10"* с, системы калибровки матричных СИ по равномерному распределению плотности энергии (мощности)    ЛИ,    эталонного    первичного    измерительного

преобразователя калориметрического типа с калиброванной диафрагмой на входе, системы регистрации и    обработки    информации.    РЭ 1-го разряда

единицы распределения    плотности энергии    импульсного    ЛИ в диапазоне

значений от 5 10 ^я до 1    Дж/см²    применяют    для передачи    единицы методом

прямых измерений.

5.3    В качестве РЭ 1-го разряда единицы длительности импульса ЛИ в диапазоне т„ от МО"⁹ до ПО”³ с используют комплексы, состоящие из пикосекундного стабилизированного лазера на X 1,064 мкм с т„ от МО"⁹ до НО"³ с, калиброванной меры оптической задержки (эталона Фабри-Перо), быстродействующего фотоприемника, широкополосного цифрового осциллографа, системы регистрации и обработки информации. РЭ 1-го разряда единицы длительности импульса ЛИ в диапазоне значений от 1 • 10~⁹ до 1 10"^я с применяют для передачи единицы методом прямых измерений.

5.4    В качестве РЭ 1-го разряда единицы длительности импульса ЛИ в диапазоне т„ от 5 10" до МО"⁹ с используют комплексы, в состав которых входят электронно-оптическая камера и стабилизированный пикосекундный лазер с X в диапазоне от 0,4 до 0,8 мкм. РЭ 1-го разряда единицы длительности импульса ЛИ в диапазоне значений от 510~^п до МО"⁹ с применяют для передачи единицы непосредственным сличением.

5.5    В качестве РЭ 1-го разряда единицы длины волны ЛИ используют комплексы, состоящие из стабилизированных лазеров, набора стабилизированных спектральных ламп и спектрометров в диапазоне X от 0,3 до

2,0 мкм и в диапазоне Р (0 от 1 10"⁶ до 1 Вт (Дж). РЭ 1-го разряда единицы длины волны ЛИ в диапазоне значений от 0,3 до 2,0 мкм применяют для передачи единицы методом прямых измерений.

5.6 CKO РЭ 1-го разряда составляют от 2 10"' до 6 %.

6. Средства измерен и й

6.1    В качестве СИ используют:

СИ энергии импульсного ЛИ с диапазоном измерений Q от М0~⁵ до 10 Дж в диапазоне X от 0,2 до 2,0 мкм с т„ от МО"⁹ до 1 ■ 10"⁶ с при/, до 10³ Гц;

СИ энергии импульсного ЛИ с диапазоном измерений Q от 110 ⁶ до 0,2 Дж в диапазоне X от 0,2 до 2,0 мкм с т„ от 1 • 10"¹² до 1 10"⁹ с при/, до 10³ Гц;

СИ энергии импульсного ЛИ с диапазоном измерений Q от МО^-6 до 0,1 Дж в диапазоне X 0,2 до 2,0 мкм с т„ от 1 • 10"¹⁵ до 1 • 10~¹² с при/, до 10^я Гц;

оптические аттенюаторы в диапазоне X от 0,3 до 2,0 мкм с коэффициентом ослабления от 10 до 10⁴;

СИ распределения плотности энергии импульсного ЛИ с диапазоном измерений //(х; у) от 5 10"' до 1 Дж/см² в диапазоне X от 0,3 до 2,0 мкм при т„ от 1 • 10"⁹ до 1 • 10"' с при/, от 1 до 1 • 10² Гц;

СИ угла расходимости 0_О в диапазоне измерений от 1 до 10 мрад и диаметра пучка импульсного ЛИ d_a в диапазоне измерений от 1,0 до 50 мм в диапазоне X от 0,3 до 2,0 мкм, в диапазоне Q от МО"⁶ до 1 Дж при т„ от 1 10"⁹ до 1 10“³ с при/, от 1 до М О² Гц;

СИ т„ ЛИ в диапазоне измерений от 1 • 10"⁹ до 1 10"' с в диапазоне X от 0,2 до 2,0 мкм, при частоте fi, от однократных до 10³ Гц;

СИ т„ ЛИ в диапазоне измерений от 110"¹¹ до МО"⁹ с в диапазоне X от 0,23 до 1,55 мкм;

СИ длины волны ЛИ X в диапазоне измерений от 0,3 до 2,0 мкм в диапазоне Р (Q) от Г10"⁶ до 1 Вт (Дж).

6.2    Пределы допускаемых относительных погрешностей До СИ составляют от 1,0-10"² до 20,0 %.