ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

СОЮЗА ССР

ЛАЗЕРЫ

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЭНЕРГИИ (МОЩНОСТИ) ИЗЛУЧЕНИЯ

ГОСТ 25917-83

Издание официальное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ

Москва

УДК 621.375.826.083:006 354    Группа    Т35

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ЛАЗЕРЫ

Методы измерения относительного распределения плотности энергии (мощности) излучения

Lazers. Methods for measurement of relative distribution of radiant energy (power)

OK СТУ 6341

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 21 сентября 1983 г. № 4466 срок введения установлен

с 01.01.85

Настоящий стандарт устанавливает два метода измерения относительного распределения плотности энергии или мощности, далее ОРПЭ(М), в поперечном сечении лазерного излучения для лазеров непрерывного и импульсного режима работы:

А — последовательного анализа,

Б — матричный метод.

Метод А не применим для лазеров, работающих в режиме одиночных импульсов излучения.

Термины, применяемые в стандарте, и пояснения к ним приведены в справочном приложении 1.

Общие требования при измерении и требования безопасности— по ГОСТ 24714-81.

1. МЕТОД А

1.1.    Принцип измерения

1.1.1.    Измерение ОРПЭ(М) основано на последовательном преобразовании энергии (мощности) излучения в различных точках поперечного сечения лазерного пучка при сканировании измерительного преобразователя перпендикулярно направлению распространения излучения.

Допускается сканирование лазерного пучка по приемной площадке измерительного преобразователя.

Таблица 2 Ослабители

Наименование, тип Коэффициент Спектральный Допустимая плот- ослабителя ослабления диапазон, ность энергии, мкм Дж/см* Плоскошараллельная пластина толщиной 1—3 мм, изготовленная из нейтрального стекла марки: 0,35—3,0 1—10 при длительности импульса по уровню 0,5 Ю-9—10-8 с НС-1 1,43 НС-2 3,34 НС-3 10,0 НС-6 1,25 НС-7 1,67 НС-8 3,34 НС-9 10,0 НС-10 100,0 Плоскопараллельная пласти- 1,67—1,25 2—11 — на из германия (или кремния) толщиной 2—10 мм (U5- 11) Ослабители, основанные на френелевском отражении от поверхности диэлектрика, прозрачного в заданной области спектра: 33,4—10,0 стекло оптическое бесцветное 0,35—3,0 10 при длительности импульса по нулевому уровню Ю-в—10-9 с германий (кремний) 2,0—5,0 2—И (1,15—11)

Таблица 4 Осциллографы

Тип Предельная частота, МГц Чувствительность, мВ/деле-ние Погрешность, %, не более амплитуды временных параметров С1—70 0—50 20 4 0—75 0—250 10 —— — СК1—95 0—100 5 1 5*Ю-4Т С9—5 0—5 1 3 2

И-760 1,4 1,3 0,25 2,0 1,2 До 860 И-840 0,18 1,3 0,2 2,5 2,0 До 860 И-880 0,02 1,3 0,2 1,8 1,3 До 930 кн-з (90 ед. ГОСТ 10691.1— —73) — — — 1.64—1:128 — нк-з (180 ед. ГОСТ 10691.1— —73) 1.64—1:128

Примечание. S0 85= 10[Нд , где Н — экспозиция, D = 0,85+12q.

Денситометры Таблица 8

Тип Диапазон измерений оптических плотностей, единица оптической плотности Д иамедр фотометри руемого участка, мм Воспроизво димость измерений Сходимость измерений, единица оптической плотности Предел допускаемого значения систематической составляющей погрешности Дсд(Д), единица оптической плотности Предел допекаемого значения среднего квадратического отклонения случайной составляющей °д[Л(Д')1, единица оптической плотности Вид фотоотпечатка СР-25М1 1 О 3 0,02 Фотоотпечаток прозрачный ДО-1 0,00 2,50 3 0,03 0,03 (0,00 . . . 1,80) ± ±0,02 (1,8 2,5) ± ±0,03 0,01 Фотоотпечаток на фотобумаге и полиграфические оттиски

Стр. 16 ГОСТ 25917-83

Таблица 10 Визуализаторы

Наименование, тип Технические характеристики Визуализатор (eT2.845.001 ТУ) Допустимая плотность мощности от 4*10~2 до 4*102 Вт/см2. Спектральный диапазон 0,53 до 1,06 мкм. Допустимая плотность энергии в том же диапазоне 7-10—3 Дж/см2. Средняя наработка МО5 импульсов лазерного излучения на длине волны 1,06 мкм при плотности мощности в импульсе (10±2) МВт/см2 Радиовизор Диаметр d, мм....... 120 РВ-2 Пороговая чувствительность, мВт/см2 Максимальная плотность регистрируемого излучения, мВт/см2..... Инертность, с ...... Яркость свечения, кд/м2 Динамический диапазон, ед. 1—1,5 300—400 0,1—0,8 0,5—10 10—15

п_Р имечание к табл. 1—10. Допускается использовать другие средства измерений, характеристики которых соответствуют требованиям настоящего стандарта.

Сканирующее устройство

Микроскоп инструментальный с цифровым отсчетом БМИ-1Ц.

Пределы измерения: в продольном направлении 0—150 мм; в поперечном направлении 0—50 мм.

Увеличение визирного микроскопа 10, 15, 30, 50^х

Увеличение объективов 1; 1,5; 3; 5 ^х

Максимальное расстояние между центрами 235 и 315 мм.

Диаметр устанавливаемого изделия 85 мм.

Примечание. Допускается использовать другие сканирующие устройства, характеристики которых соответствуют требованиям настоящего стандарта.

Стр. 2 ГОСТ 25917-83

L2. Аппаратура

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

Рекомендуемые средства измерений и вспомогательные уст ройства приведены в справочном приложении 2.

WZbrrlZ^⁴

L. ! I

,Г

l_

/—лазер, 2—ослабитель; 3—оптическая система, 4—апертурная диафрагма, 5—измерительный преобразователь, б—измерительный прибор 7—устройство сканирования, 8—средство юстировки, 9—средство измерения ОРПЭ(М)

Черт. 1

1.2.2. Ослабитель должен обеспечивать пропускание энергии (мощности) лазерного излучения, чтобы ее величина находилась в пределах энергетического диапазона применяемого измерительного преобразователя. Неравномерность коэффициента ослабления ослабителя должна быть в пределах ±5 %.

Если энергия (мощность) лазерного излучения не превышает верхнего предела энергетического диапазона измерительного преобразователя, ослабитель не применяют.

12 3. Оптическая система должна обеспечивать перенос изображения поля в заданном сечении пучка лазерного излучения на плоскость апертуры измерительного преобразователя В качестве оптической системы могут применяться линзы, зеркала и другие вспомогательные устройства.

1.2.4. Апертурная диафрагма должна быть жестко соединена с измерительным преобразователем так, чтобы ее отверстие находилось в центральной части его приемной площадки. Диаметр или размер большей стороны отверстия диафрагмы должен быть не более 0,1 диаметра пучка лазерного излучения.

1.2 5. Измерительный преобразователь должен обеспечивать преобразование лазерного излучения в электрический сигнал и удовлетворять следующим требованиям

спектральный диапазон должен охватывать спектр лазерного излучения;

динамический диапазон должен быть не менее 20;

нелинейность характеристики преобразования должна быть не более 7 % •

ГОСТ 25917-83 Стр. 3

Время нарастания переходной характеристики измерительного преобразователя, применяемого при измерении ОРПЭ лазеров им* пульсного режима, должно в три и более раз превышать дли* тельность импульса лазерного излучения, если иные требования не установлены в стандартах или технических условиях (ТУ) на лазеры конкретных типов.

1.2.6.    Устройство сканирования должно обеспечивать плавное или дискретное перемещение измерительного преобразователя перпендикулярно направлению распространения лазерного излу* чения и измерение координаты контролируемой точки сечения пуч* ка лазерного излучения с погрешностью в пределах ±4 %.

Направление сканирования, скорость и (или) время плавного сканирования, количество контролируемых точек сечения лазер' ного пучка и Бремя измерения в каждой точке пои дискретном сканировании должны соответствовать установленным в стандартах или ТУ на лазеры конкретных типов.

1.2.7.    Измерительный прибор должен обеспечивать измерение электрического сигнала, соответствующего всему диапазону зна* чений энергии (мощности) лазерного излучения до сечению пучка с погрешностью в пределах ±5 %.

В качестве измерительного прибора рекомендуется применять осциллографы, самописцы, вольтметры и др.

1.2.8.    В случае использования средства измерения ОРПЭ(М), включающего в себя оптическую систему, сканирующее устройство, апертурную диафрагму, измерительный преобразователь и из* мерительный прибор, его погрешность должна быть в поеделах ±20%.

1.2.9.    Средство юстировки должно обеспечивать попадание лазерного излучения в центральную часть приемных площадок ослабителя, оптической системы и измерительного преобразователя перпендикулярно их входной поверхности.

В качестве средств юстировки рекомендуется применять визу-ализаторы, газовые лазеры непрерывного режима работы в видимой области спектра с расходимостью не более 10' или другие устройства.

1.3. Подготовка и проведение измерений

1.3.1.    Устанавливают лазер, средства измерений и вспомогательные устройства и подготавливают к работе в соответствии с эксплуатационной документацией на них.

1.3.2.    Включают лазер и прогревают его в течение времени готовности, установленного в стандартах или ТУ на лазеры конкретных типов.

1.3.3.    Проводят юстировку, добиваясь попадания пучка лазер* ного излучения в центральную часть приемных площадок оптиче* ской системы, ослабителя, измерительного преобразователя (пер* иендикулярно его поверхности) *

Стр. 4 ГОСТ 15917-83

Контроль прохождения лазерного излучения осуществляют визуально или с помощью визуализатора.

1.3.4.    Включают сканирующее устройство, измеряют значения электрического сигнала на выходе измерительного преобразователя и регистрируют координаты соответствующих точек поперечного сечения пучка излучения.

1.4.    Обработка результатов, показатели точности измерения

1.4.1. Для каждой i-й точки сечения пучка лазерного излучения определяют отношение

h

I шах

где l_t —значение электрического сигнала в r-й точке сечения; /_тах —наибольшее из измеренных значений электрического сигнала.

1.4.2.    При необходимости строят матрицу или семейство графиков распределений значений |5_г для различных направлений сканирования.

1.4.3.    Погрешность измерения ОРПЭ(М) находится в интервале ±24 % с установленной вероятностью 0,Э5.

Расчет погрешности измерения приведен в справочном приложении 3.

2. МЕТОД Б

2.1.    Принцип измерения

2.1.1.    Измерение ОРПЭ(М) основано на параллельном преобразовании энергии (мощности) излучения в различных точках поперечного сечения пучка лазерного излучения.

2.2. Аппаратура

2.2.1.    Схема расположения средств измерений и вспомогательных устройств при измерении должна соответствовать черт. 2.

Перечень рекомендуемых средств измерений и вспомогательных устройств приведен в справочном приложении 2.

Г

/—лазер; 2—ослабитель; 3—оптическая система, 4— матричный преобразователь; 5—коммутирующее устройство; 6—измерительный прибор, 7—средство юстировки; 3—средство измерения ОРПЭ(М)

Черт. 2

ГОСТ 25917—83 Стр. 5

2.2.2.    Ослабитель должен соответствовать п. 1.2.2.

2.2.3.    Оптическая система должна соответствовать п. 1.2.3 и обеспечивать распространение излучения в таком телесном угле, чтобы диаметр лазерного пучка в плоскости распространения матричного преобразователя находился в пределах, установленных для данного матричного преобразователя.

2.2.4.    Матричный преобразователь должен соответствовать п. 1.2.5 и обеспечивать сохранение информации об измеряемой энергии (мощности) лазерного излучения в течение времени, необходимого для ее считывания.

Количество элементов матричного преобразователя должно соответствовать установленному в стандартах или ТУ на лазер конкретного типа.

Неравномерность коэффициента преобразования должна быть в пределах ±6 %.

2.2.5.    Коммутирующее устройство должно обеспечивать последовательную подачу электрического сигнала с элементов матричного преобразователя на измерительный прибор.

2.2.6.    Измерительный прибор должен соответствовать п. 1.2.7,

2.2.7.    В случае использования средства измерения ОРПЭ(М), включающего в себя оптическую систему, матричный преобразователь, коммутирующее устройство и измерительный прибор, его погрешность должна быть в пределах ±20 %.

2.2.8.    Средство юстировки должно соответствовать п. 1.2.9.

2.2.9.    Допускается в качестве матричного преобразователя применять фотопленку, характеристики которой (спектральная чувствительность, разрешающая способность, фотографическая широта, коэффициент контрастности, плотность вуали) позволяют измерять ОРПЭ(М) лазерного излучения по всему сечению пучка.

Погрешность определения характеристической кривой фотопленки, приведенной в эксплуатационной документации на нее, должна быть в пределах ±12 %.

При отсутствии характеристической кривой в эксплуатационной документации ее необходимо определить в соответствии с ГОСТ 10691.0-73.

Для фотометрирования фотопленки применяют денситометры и микрофотометры. Погрешность фотометрирования должна быть в пределах ±6 %.

2.3. Подготовка и проведение измерений

2.3.1.    Проводят операции по пп. 1.3.1—1.3.3.

2.3.2.    Включают матричный преобразователь. Измеряют электрические сигналы I_t на выходе каждого элемента матричного преобразователя.

2.3.3.    Если в качестве матричного преобразователя применялась фотопленка, фотографируют заданное сечение лазерного пуч-

2*

ка и обрабатывают фотопленку в соответствии с эксплуатационной документацией на нее.

Определяют плотность почернения пленки D_t в различных точках изображения поперечного сечения пучка лазерного излучения.

2.4. Обработка результатов, показатели точности измерения

2.4.1.    При использовании матричного преобразователя проводят операции по пп. 1.4.1; 1.4.2.

2.4.2.    Погрешность измерения ОРПЭ (М) при использовании матричного преобразователя находится в интервале ±20% с установленной вероятностью 0,95. Расчет погрешности измерения приведен в справочном приложении 3.

2.4.3.    При использовании фотопленки по характеристической кривой определяют соответствующие измеренным значениям D_t значения логарифмов относительной энергии (мощности) лазерного излучения lgT; , где lg—абсцисса точки характеристической кривой.

Определяют разность

IgPt = lg** — igw.    (²)

где lgTj^ax—абсцисса точки характеристической кривой, соответствующая наибольшему из измеренных значений D_t.

Потенциируя (2), находят значение и проводят операции по п. 1.4.2.

2.4.4.    Погрешность измерения ОРПЭ(М) при применении фотопленки находится в интервале ±25% с установленной вероятностью 0,95. Расчет погрешности измерения приведен в справочном приложении 3.

ГОСТ 25917-83 Стр. 7

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Справочное

ТЕРМИНЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В НАСТОЯЩЕМ СТАНДАРТЕ,

И ПОЯСНЕНИЯ К НИМ

Термин	Пояснение
Динамический диапазон	Отношение верхнего предела к нижнему
Неравномерность коэффициента ослабления	пределу измерения средства измерения Отклонение коэффициента ослабления от его среднего значения по рабочей поверхности ослабителя
Неравномерность коэффициента преобразования матричного преобразователя	Отклонение коэффициента преобразования отдельных элементов матричного преобразователя от среднего значения для всего матричного преобразователя
Характеристическая кривая	По ГОСТ 2653-80

РЕКОМЕНДУЕМЫЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

Средства измерений относительного

Наименование Тип Длина стороны (диаметр апертурной диафрагмы), мм Спектральный диапазон, мкм Диапазон измеряемой энергии (мощности), Дж(Вт) Измеритель распределения плотности мощности ИРПМ-1 100 9—11 — Лазеровизор ЛВ-8 60 9—11 — Фотометр переносной малогабаритный широкого применения для импульсных и непрерывных лазеров ФПМ-01 14 0,49; 0,63 0,69; 1,06 (10-1 —10-7) 0,5-Ю-1—10-8 Измеритель для лазерной дозиметрии ИЛД-2 2-30 0,49—1,15 2—11 0,49—1,15 2—11 (10—6—10) (10-4 — ю-1) ю-8— 1 10-6—10-2 Измеритель распределения плотности мощности лазерного излучения ЩФМЗ 435-041 1-10 10,5—10,7 (0,2—100) Измеритель распределения плотности мощности ЩФМ2 625*092 1-8 0,48—1,05 (0,5-100) ДО-3 Измеритель распределения плотности мощности пучка излучения ЩФМЗ 435*051 1,5—25 0,48—0,65

И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

распределения плотности энергии (мощности)

Допустимая плотность

Длительность

импульсов,

с

Погрешность, %, не более

20

0,2-10“^э —10~²

10-⁶—10-²

ю-⁶—ю-²

10

15

20

ГОСТ 25917—83 Стр. 9

энергии,    мощности,

Дж/см²    Вт/см²

(1,5.10-4—

—1,5-10—²) X X1G-⁴

18—40    —

20-30    —

18-40    I0-⁸—1

20-30    10~⁶—10”¹

20

15

15

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Справочное

Таблица 1

Режим ра >оты

10²—10*

3-10-⁶ —3-10—³

(2*10-³—6) X Х1Э-⁴

10-6—Ю 10-⁴— 1

(10-³—0,5) *10³

Непрерывный

То же То же Импульсный

Непрерывный

Импульсный

Непрерывный

То же

То же