ЛАЗЕРЫ

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЭНЕРГИИ ИМПУЛЬСОВ ИЗЛУЧЕНИЯ

Ихтание официальное

ИПК ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ Москва

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЛАЗЕРЫ

Методы измерения энергии импульсов излучения

Lasers.

Methods for measurement of one pulse energy

Дата введения 01.01.83

Настоящий стандарт устанавливает методы измерения энергии ихтучеиия лазеров, работающих в режиме однократного импульса, серии импульсов и периодической последовательности импульсов (частотном):

А — метод прямых измерений;

Б — метод измерения с использованием ослабителя;

Г — метод измерения с использованием измерителя средней мощности;

Д — метод измерения с использованием формирователя серии импульсов.

Метол А применяют, когда значение энергии импульса (серии импульсов) ихтучеиия лазера лежит внутри энергетического диапазона измерителя энергии.

Метод Б применяют, когда значение энергии импульса (серии импульсов) ихтучеиия лазера превышает верхний предел энергетического диапазона измерителя энергии.

Методы Г и Д применяют для шмерения энергии импульса излучения лазера, работающего в режиме периодической последовательности импульсов.

Методы А. Б и Г применяют для измерения энергии серии импульсов, длительность которой находится внутри временного диапазона измерителя энергии.

Метод В измерения с использованием фотометра сравнения приведен в приложении I.

Термины, применяемые в настоящем стандарте, и пояснения к ним приведены в приложении 2.

Стандарт следует применять совместно с ГОСТ 24714.

I. МЕТОДА

1.1.    Принцип изчсрс'ния

1.1.1.    Измерение энергии импульса излучения основано на преобразовании энергии лазерного ихтучеиия в электрическую, тепловую или механическую энергию.

1.2. Аппаратура

1.2.1.    Схема расположения средств измерений и вспомогательных устройств должна соответствовать приведенной на черт. 1.

1.2.2.    Перечни рекомендуемых средств измерений и вспомогательных устройств приведены в приложении 3.

1.2.3.    Оптическая система должна обеспечивать распространение лазерного ихтучеиия в заданном телесном угле и попадание пучка лазерного излучения на приемную площадку измерителя энергии. При этом плотность мощности (энергии) лазерного излучения на выходе оптической системы не должна превышать предельно допустимую для измерителя энергии.

Перепечатка воспрещена

© Издательство стандартов, 1982 © И ПК Издательство стандартов, 2004

В качестве элементов оптической системы могут применяться экраны, диафрагмы, линзы или другие вспомогательные устройств;!.

Коэффициент ослабления лазерного излучения оптической системой должен соответствовать указанному в нормативно-технической документации с погрешностью не более 5 %.

Если размеры поперечного сечения пучка и плотность мощности (энергии) лазерного ихтучения нс превышают размеров приемной площадки и предельно допустимой плотности мощности (энергии) измерителя энергии соответственно, оптическую систему не применяют.

1.2.4. Средство юстировки должно обеспечивать прохождение оси диаграммы направленности пучка лазерного излучения через центры приемных площадок средств измерений и вспомогательных устройств.

В качестве средства юстировки рекомендуется применять визуализа-тор, газовый лазер непрерывного режима работы в видимой области спектра с расходимостью нс более КУ или другие вспомогательные устройства.

1.2.5. Энергетический, спсктратьный, временной диапазоны измерителя энергии должны обеспечивать измерение параметров излучения исследуемого лазера.

Допускается основная погрешность измерителя энергии нс должна превышать 15 %.

(Измененная редакция, Изм. .V» I).

1.3. Подготовка и проведение измерений

1.3.1.    Устанавливают исследуемый лазер, средства измерений и вспомогательные устройства и подготавливают их к работе в соответствии с нормативно-технической документацией на них.

1.3.2.    Включают исследуемый лазер.

1.3.3.    Добиваются попадания пучка лазерного излучения в центр приемной плошалки оптической системы и измерителя энергии перемещением исследуемого лазера, оптической системы или измерителя энергии. Контроль прохождения лазерного излучения осуществляют визуально по ГОСТ 24714 или с помощью визуал и затора.

Если в качестве средства юстировки используют газовый лазер, то исследуемый лазер включают после процесса юстировки.

1.3.4.    Включают измеритель энергии и определяют энергию лазерного ихтучения.

1.4.    Обработка результатов

1.4.1.    Энергию импульса лазерного ихтучения (И^/и) вычисляют по формуле

К “ И' К,    (I)

где W— показания измерителя энергии. Дж;

К — коэффициент ослабления оптической системы.

(При отсутствии оптической системы К равно I).

1.5.    Показатели точности измерения

1.5.1.    Погрешность измерения энергии импульса излучения находится в интервале ± 20 % при доверительной вероятности 0.95. Расчет погрешности измерения приведен в приложении 4.

(Измененная редакция, Изм. jN° 1).

2. МЕТОД Б

2.1.    Принцип измерения

2.1.1.    И змерсние энергии импульса излучения основано на измерении известной доли энергии лазерного ихтучения.

2.2. Аппаратура

2.2.1.    Схема расположения средств измерений и вспомогательных устройств должна соответствовать приведенной на черт. 2.

2.2.2. Ослабитель должен обеспечивать поглощение или отражение известной доли энергии лазерного ихтучения (А).

Коэффициент ослабления ослабителя (ответвителя) должен отвечать условию

(2)

где \У_Я — энергия импульса лазерного ихтучения. указанная в стандартах или НД на лазеры. Дж;

If' — верхний предел измерения измерителя энергии, Дж.

Коэффициент ослабления ослабителя (ответвителя) должен быть определен с погрешностью нс более 5 %.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

2.2.3.    Оптическая система, измеритель энергии, средство юстировки — по пп. 1.2.3—1.2.5 настоящего стандарта.

2.3.    Подготовка и проведение измерений

2.3.1.    Устанавливают исследуемый лазер, средства измерений и вспомогательные устройства.

2.3.2.    Подготовка к измерениям — по пп. 1.3.2 и 1.3.3. при этом ихтучение должно проходить также через центр ослабителя.

2.3.3.    Проведение измерения — по п. 1.3.4.

2.4. Обработка результатов

2.4.1. Энергию импульса лазерного излучения (If',) вычисляют по формуле

(3)

где If'— показание измерителя энергии, Дж;

К — коэффициент ослабления, равный произведению коэффициента ослабления оптической системы и коэффициента ослабления ослабителя.

2.5. Показатели точности измерения

2.5.1. Показатели точности — по п. 1.5.1.

3. МЕТОД I

3.1.    Принцип измерения

3.1.1.    Измерение энергии импульса ихтучения основано на измерении средней мощности и частоты повторения импульсов ихтучения лазеров.

3.2. Аппаратура

3.2.1.    Схема расположения средств измерений и вспомогательных устройств в зависимости от значения энергии (средней мощности) ихтучения исследуемого лазера указана на черт. I или 2, где измеритель энергии замещается измерителем средней мощности лазерного излучения и частотомером.

3.2.2.    Спектральный, энергетический и временной диапазоны измерителя средней мощности должны обеспечивать измерение параметров ихтучения исследуемого лазера.

3.2.3.    Переходная характеристика измерителя средней мощности с ненормированной частотой должна обеспечивать режим измерения средней мощности периодической последовательности импульсов лазерного ихтучения. Время нарастания переходной характеристики измерителя средней мощности должно быть не менее 50 7*. где Т — период следования импульсов лазерного излучения. Допускаемая основная погрешность измерителя средней мощности не должна превышать 15 %.

3.3.    Подготовка и проведение измерений

3.3.1.    Подготовка к измерению — по пп. 1.3.1—1.3.3 или пп. 2.3.1, 2.3.2.

3.3.2.    Включают измеритель средней мощности.

3.3.3.    Измеряют среднюю мощность лазерного излучения.

3.3.4.    Измеряют частоту повторения импульсов лазерного излучения по ГОСТ 25213.

3.4.    Обработка результатов

3.4.1. Вычисляют энергию импульса ихтучения (В') по формуле

\у ₌ Uadi ,    (4)

г

где Р_ср — показание измерителя средней мощности, Вт;

У⁷—частота повторения импульсов лазерного ихтучения. Гц;

К— коэффициент ослабления (пп. 1.4.1 или 2.4.1).

3.5. Показатели точности измерения

3.5.1. Показатели точности — по п. 1.5.1.

4. МЕТОД Д

4.1.    Принцип измерения

4.1.1.    Измерение энергии импульса излучения основано на измерении суммарной энергии и количества импульсов в серии импульсов, выделенной из периодической последовательности импульсов лазерного ихтучения.

4.2.    Аппаратура

4.2.1.    Схема расположения средств измерения и вспомогательных устройств при измерении в зависимости от значения энергии импульса ихтучения исследуемого лазера должна соответствовать черт. 1 или 2. где перед измерителем энергии должен быть помещен формирователь серии импульсов, а параллельно с измерителем энергии — устройство счета импульсов лазерного ихтучения.

4.2.2.    Формирователь серии импульсов должен обеспечивать выделение из периодической последовательности импульсов лазерного ихтучения определенного числа импульсов (или серии импульсов определенной длительности).

В качестве формирователя серии импульсов рекомендуется использовать механический затвор, вращающийся щелевой прерыватель, фотоэлектрическую систему или другие устройства. Длительность серии импульсов должна находиться внутри временного интервала измерителя энергии.

Допускаемая основная погрешность формирователя серии импульсов не должна превышать 5 %.

4.2.3.    Устройство счета импульсов должно обеспечивать определение чиста импульсов в выделенной формирователем серии синхронно с измерением энергии серии импульсов измерителем энергии. Временной и частотный диапазоны устройств;» счета импульсов должны быть такими, чтобы обеспечить возможность измерения параметров лазерного излучения, выделенного формирователем серии импульсов.

4.2.4.    В качестве устройств;» счета импульсов используют счетчики импульсов, частотомеры в режиме счета импульсов (см. приложение 3) или другие устройств;» регистрации числа импульсов в серии, если измеритель энергии имеет выход цифрового или аналогового сигнала для подключения устройств;» счета импульсов.

Допускаемая основная погрешность устройств;» счета импульсов не должна превышать 5 %.

4.2.5.    Если у измерителя энергии отсутствует выход сигнала для подключения устройства счета импульсов, используют измеритель временных интервалов или частотомер в режиме измерения частоты (периода), или другое устройство для измерения времени пропускания лазерного ихтучения формирователя серии импульсов.

Погрешность измерения интервала времени пропускания лазерного ихтучения импульсов формирователем не должна превышать 5 %.

4.3.    Подготовка и проведение измерений

4.3.1.    Подготовка к измерениям — по пп 1.3.1 —1.3.3 или 2.3.1, 2.3.2.

4.3.2.    Подключают устройство счета импульсов к выходу измерителя энергии.

4.3.3.    Включают формирователь серии импульсов, измеритель энергии и устройство счета импульсов.

4.3.4.    Измеряют энергию серин импульсов и количество импульсов в серии.

4.3.5.    Если непосредственное подключение устройства счета импульсов к измерителю энергии нс предусмотрено, измеряют интервал времени, в течение которого формирователь серин импульсов пропускает лазерное излучение.

Измеряют частоту повторения импульсов лазерного ихтучения по ГОСТ 25213.

4.4. Обработка результатов

4.4.1. Энергию импульса лазерного ихтучения (И',) вычисляют по формуле

ГОСТ 25212-82 С. 5

(5)

где W — показание измерителя энергии, Дж;

К — коэффициент ослабления по п. 1.4.1 или п. 2.4.1; п — количество импульсов в серии.

При отсутствии непосредственного подключения устройства счета импульсов к измерителю энергии количество импульсов в серии вычисляют по формуле

п = t • F.    (6)

где t — интервал времени, в течение которого формирователь серии импульсов пропускает лазерное излучение;

F— частота повторения импульсов лазерного излучения.

4.5. Показатели точности измерения

4.5.1. Показатели точности — по п. 1.5.1.

ПРИЛОЖЕНИЕ I Рекомендуемое

МЕТОД В

Метол В измерении энергии импульса лазерного излучения с использованием фотометра сравнения применяют, когда значение энергии импульса (серии импульсов) излучения лазер;» меньше нижнего предела энергетического диапазона измерителя энергии. Метол В рекомендуется использовать в научно-исследовательских работах.

I. ПРИНЦИП ИЗМЕРЕНИЯ

1.1. Метод основан на сравнении показаний измерителя энергии, на который воздействует установленная доля излучения вспомогательного лазера, и показаний фотометра сравнения повышенной чувствительности, на который воздействует установленная доля ихтучения вспомогательного лазера и излучение исследуемого лазера.

2. АППАРАТУРА

2.1.    Схема расположения средств измерения и вспомогательных устройств при измерении должна соот-

2.2.    Длина волны излучения вспомогательного лазера должна соответствовать длине волны излучения исследуемого лазера. Энергия импульса ихтучения вспомогательного лазера должна превышать энергию исследуемого лазера 31 находится внутри энергетического диапазона измерителя энергии.

Длительность импульса ихтучения вспомогательного лазера должна находиться внутри временного диапазона измерителя энергии и фотометра сравнения.

2.3.    Делительная пластина должна обеспечивать разделение пучка вспомогательного лазера на две части.

Делительная пластина должна быть изготовлена из материала, оптически прозрачного на хтинс волны ихтучения лазера.

Коэффициент деления пластины на хтинс волны лазерного ихтучения вычисляют с погрешностью нс более 5 %.

2.4.    Оптическая система — no n. 1.2.3.

2.5.    Ослабитель — по п. 2.2.2.

Коэффициент ослабления ослабителя (А") вычисляют из условия

. (1)

"Ф

где И'лр — энергия ихтучения вспомогательного лазера, пхтаюшего на фотометр сравнения;

— верхний предел энергетического диапазона фотометра сравнения.

2.6.    Спектральный, временной и энергетический диапазоны фотометра сравнения должны обеспечивать возможность измерения параметров ихтучения исследуемого лазера.

Неравномерность зонной чувствительности фотометра сравнения в пределах изменения размеров сечения пучков исследуемого и вспомогательного лазеров не должна превышать 5 %.

Нелинейность характеристики преобразования фотометра сравнения нс должна превышать 5 %. Погрешность градуировки фотометра сравнения нс должна превышать 2 %.

Фотометр сравнения рекомендуется снабжать устройством, позволяющим изменять его чувствительность в известное число раз. Погрешность измерения, обусловленная переходом с одного диапазона чувствительности на другой, нс должна превышать 2 %.

2.7.    Средство юстировки — по п. 1.2.4.

3. ПОДГОТОВКА И ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ

3.1.    Устанавливают вспомогательный и исследуемый лазеры, средства измерений, вспомогательные устройства и подготавливают их к работе в соответствии с нормативно-технической документацией на них.

3.2.    Добиваются прохождения оси диаграммы направленности пучка излучения вспомогательного лазера через центр оптической системы, делительной пластинки, измерителя энергии, а отраженного отделительной

ГОСТ 25212-82 С. 7

пластинки луча вспомогательного лагера через центр оптической системы, ослабителя, фотометра сравнения аналогично п. 2.3.2.

3.3.    Включают измеритель энергии, фотометре-равнении и вспомогательный лазер, если он был отключен н процессе юстировки.

3.4.    Устанавливают на фотометре сравнения предел измерения, соответствующий наименьшей чувствительности.

3.5.    Измеряют энергию импульса излучения, прошедшего через делительную аластинку вспомогательного лазера.

3.6.    Определяют показание А| фотометра сравнения при воздействии на него импульса лазерного излучения вспомогательного лазера, отраженного от делительной пластины.

3.7.    Выключают измеритель энергии и вспомогательный лазер.

3.8.    Поворачивают фотометр сравнения таким образом, чтобы излучение исследуемого лазера попадало на его приемную площадку.

3.9.    Добиваются, чтобы ось диаграммы направленности пучка излучения исследуемого лазера проходила через центр оптической системы и центр приемной площадки фотометра сравнения аналогично п. 2.3.2.

3.10.    Включают исследуемый лазер (если он был выключен при юстировке) и фотометр сравнения.

3.11.    Устанавливают на фотометре сравнения предел измерения, соответствующий его наибольшей чувств нтел ьиос ти.

3.12.    Определяют показание фотометра ^.соответствующее энергии импульса излучения исследуемого лазера.

3.13.    Выключают исследуемый лазер и фотометр сравнения.

4. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

4.1.    Энергию импульса излучения исследуемого лазера вычисляют по формуле

W.    ,,,

К-Нг К, К    ⁽²⁾

глс К„ — коэффициент, равный отношению чувствительности фотометра сраннсния, при которой производился отсчет AS. к чувствительности, при которой производился отсчет jV,;

А' — коэффициент ослабления (п. 2.2.2);

К_л — коэффициент деления делительной пластины, равный отношению коэффициента пропускания к коэффициенту отражения пластины;

IP, — показания измерителя энергии.

5. ПОКАЗАТЕЛИ ТОМНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ

5.1.    Погрешность измерения энергии импульса излучении нс должна превышать ± 25 % с доверительной вероятностью 0,95.

5.2.    Расчет погрешности измерения приведен в приложении 4.

С. 8 ГОСТ 25212-82

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Справочное

ТЕРМИНЫ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ В НАСТОЯЩЕМ СТАНДАРТЕ, И ПОЯСНЕНИЯ К НИМ

Термин	Пояснение
Энергия импульса	По ГОСТ 24286
Энергия серии импульсов	Суммарная энергия излучения импульсов, входящих в серию
Периодическая последовательность импульсов	Неограниченная последовательность импульсов с фиксированным периодом повторения
Ослабитель излучения	По ГОСТ 24453
Оптическая система	Система экранов, диафрагм, оптических элементов, предназначенных для рашеленин или сведения пучка излучения, устанавливаемая между лазером, энергия излучения которого измеряется, и средством измерения
Средство юстировки	Элемент схемы измерения, обеспечивающий попадание лазерного излучения в центр приемных площадок элементов схемы
Фотометр сравнения	Средство измерения с повышенной относительно основного средства измерения чувствительностью, получающее рагмер единимы измерения от основного средства измерения путем использования дополнительного лазера повышенной мощности и калиброванного ослабителя
Средство измерения энергии лазерного излучения (СИ)	По ГОСТ 24286
Серия импульсов	Ограниченная последовательность импульсов (периодическая или хаотическая). Примечание. Режим свободной генераиии относится к хаотической последовательности импульсов
Формирователь серии импульсов	Устройство выделения серии импульсов излучения из периодической последовательности импульсов
Устройство счета импульсов	Устройство для определения числа импульсов в серии импульсов излучения