SJ 20762 1999 气体激光器参数测试方法

 

中华人民共利国电子行业军用标准

气体激光器参数测试方法

Measurement methods for parameters of gas lasers

SJ 20762-1999

1  范围

1.1主题内容

    本标准规定了气体激光器的光电参数的测试方法。

1.2适用范围

    本标准适用于各类气体激光器的光电参数的测试，其他种类激光器的光参数的测试亦可参照使用。

1.3应用指南

1.3.1  本标准为各类气体激光器（以下可简称激光器）的光电参数提供统一的测试方法，以确定激光器在一定条件下的实际工作能力。标准中有时为一个参数提出二种以上的测试方法，可根据具体情况选择使用。

1.3.2本标准是制定激光器总规范或产品详细规范（以下简称详细规范）或其它技术文件中规定的激光器光电参数的测试依据。

2引用文件

    GB 7247—1995激光产品的辐射安全、设备分类、要求和用户指南

3定义

3.1激光器laser

    以受控受激发射为基础的光学范围内的电磁幅射发生器。

3.2气体激光器gas laser

    工作物质为气态的激光器。

3.3连续波激光器  continuous wave laser [CW laser]

    激光输出为连续的而不是脉冲的激光器。连续输出周期大于0.25 s的激光器称连续波激光器。

3.4脉冲激光器pulsed laser

  以单脉冲或脉冲串形式释放能量，且脉冲持续时间不大f 0.25 s的激光器，一个脉冲串近似看作一个单脉冲。

3.5  重复脉冲激光器  repetitively pulsed laser

    能产生一系列的等时间间隔的多脉冲辐射能量的激光器。

3.6  工作电流operating currents

    -1-

    激光器工作时，激光器电源的工作电流。

3.7激光器电源laser power supply

    用以激励激光器工作物质而特制的电源。象市网电源或电池这一类，不可以认为是

激光器电源。

3.8  工作条件operating conditions

    激光器丁作条件是指激光器的工作模式、T作波长和需要的冷却条件等。

3.9横模transverse mode

    激光器光学谐振腔内，垂直电磁波传播方向横截面上的光束能量（功率）密度的本

征分布状态。若分布状态是离开光束轴线距离的高斯函数，则称为基横模（最低阶横模），

俗称单模，以TEM₀₀表示；除此外，均称高阶横模，通称多模。

3.10光束（高斯光束）直径beam (Gaussion beam) diameter

    a．  在光束的任一横截面上，由功率或能量密度下降到中央峰值的1/e处的所有点构

成的圆的直径。

    b．  在高斯光束任一横截面上所含总光束能量（或功率）的86%的圆的直径。

3.11束腰beam waist

    激光束横截面上的最小直径处。束腰直径由谐振腔的两反射镜间距离及其曲率半径

和激光波长确定；束腰位置由谐振腔两镜的曲率半径岛、见和腔长f确定。如：

≠时，则

腰位距凹镜l的距离：

式中：、、单位均为mm。

3.12效率efficiency

    激光器的效率为光电转换效率、即为激光器输出的激光功率（或激光能量）与由激

光器电源输入的电功率（或能量）的比值。

3.13激光器预热时间laser warm-up time

    激光器从着火时刻起，在给定的工作电流下，达到详细规范所规定的参数指标时

所需的时间间隔称为激光器的预热时间。

4一般要求

4.1测试条件

4.1.1测试环境

4,1.1.1  除非另有规定，测试应在以下正常的大气条件下进行。

    a．  温度：15～35 ℃；

    b．  相对湿度：45%～75%。

    c．气压：86～106 kPa,

4.1.1.2整个测试系统应处于无明显的振动、气流、烟尘和杂散辐射影响的环境中'不

得有影响测试结果的干扰。

4.1.2测试仪器设备

4.1.2.1测试仪器设备应稳定可靠，应按其规范要求工作。

4.1.2.2测试所用的激光功率计、能量计应在5级以上，其它指针式仪表不低于1.5级。

4.1.2.3测试所用的仪器仪表应定期经计量部门检定，并在有效期内使用。

4.1.2.4为了保护仪表免受不允许的突然过载，允许在测试设备上采用保护装置，但不

应该影响测试精度。

4.1.3安全防护

    测试激光器参数时的安全防护应符合GB 7247第3章用户指南中的有关规定。

4.2被测激光器

    除非另有规定，被测激光器应在详细规范和本标准规定的工作程序和工作条件下工

作，并待稳定工作之后测量各有关参数。

5详细要求

5.1激光器参数测试条件见4.1条。

5.2被测激光器应符合4.2条的规定。

5.3激光器一般参数测试方法编号为100系列。

5.4激光器脉冲参数测试方法编号为200系列。

5.5激光器其他参数测试方法编号为300系列。

    方法101  起辉[着火]电压的测试

1  目的

    当激光器的放电管起辉[着火]时，测量加在二电极之间的电压。

2测试系统图

  测试系统图见图101。

1--电压可以连续调节的激光器电源；2--直流电流表；3一高压电压表；4一激光器放电管

图101

注：在测量时允许在放电管阳极端加镇流电阻．

3测试程序

3.1  接通电源，使放电管二电极之间的电压从OV起缓慢增加，直至放电管着火，从电

压表上读出在着火瞬间的电压值，即为着火电压。

3.2重复测量五次，取其平均值。

4主要误差来源

4.1  着火前激光管内气体初始状态的差异。

4.2调节电源电压的快慢。

4.3  电压表的精度和读数误差。

方法102   最佳工作电流的测试

1         目的

测量激光器在输出最大功率时的电流值。

2         测试系统图

3           测试系统图见图102。

 

1—电压可以连续调节的激光器电源；2—直流电流表；3—激光功率计；4—激光器

                                 图102

3测试程序

3.1    按详细规范对激光进行预热。

3.2    调工作电流使激光器的输出功率最大，此时从电流表上读取的电流值即为最佳工作电流。重复测五次，平均值。

4         主要误差来源

4.1    电流表的精度和读数误差。

4.2    激光器输出功率的不稳定。

4.3    激光功率计相应速度不快引起的误差。

方法103工作电压[管压降]的测试

1  目的

    激光器在给定的工作电流下，测量放电管二电极之间的电位差。

2测试系统图

测试系统图见图103。

       

 

 

l一电压可以连续调节的激光器电源；2一直流电流表；3一高压电压表：4一激光器；5一激光功率计

图103

  3测试程序

  3.1  按详细规范的规定对激光器进行预热。

3.2在给定的工作电流下，从电压表上读取电压值。重复测五次，取平均值。

  4主要误差来源

  4.1  工作电流的测量误差。

  4.2电压表的精度和读数误差。

    方法104输出功率的测试

1  目的

    在规定工作条件下，测量激光器在给定工作电流时在输出端所输出的激光功率。

2测试框图

  测试框图见图104。

                 

l—激光器电源,2--激光器；3—激光功率计

图104

 3测试程序

3.1  按详细规范的规定对激光器进行预热。

3.2激光功率计的接收器和激光器输出端之间的距离不得小于10 cm；并应保证激光束全部射入接收器内。

3.3确认激光器工作在规定的模式下，将电流调至给定的工作电流，用功率计测出激光器的输出功率，每隔一定时间（大于探测器回零时间）测一次，共测5次，取平均值。

4主要误差来源

4.1  功率计的精度以及对它的读数误差。

4.2非激光辐射的影响

    方法105输出功率的测试（适合大功率）

1  目的

    在规定工作条件下，测量激光器在给定工作电流时在输出端所输出的激光功率。

2测试框图

    测试框图见图105。

     

    l—激光器稳流电源l 2一激光器l 3一光闸；4—衰减器（需要时）。

                  5一窄带滤光片（必要时）：6—激光功率计

图105

 3测试程序

3.1  按详细规范的规定对激光器进行预热。

3.2将激光功率计探头对准激光器的输出光束，并使其全部被接收。

3.3接通激光功率计电源，选用合适量程，并校准其零点。

3.4每隔一定时间（如3 min）读一次功率计的读数（每次测量前必须确认仪器返回初

始状态），共测n（n>lO）次。按下式计算输出功率：

…………………………………………(105—1)

式中：——输出功率．W：

    ——衰减器透射比，%：

    ——窄带滤光片透射比，%：

    ——测量次数：

    ——第i次测得的输出功率值，W。

4主要误差来源

4.1  激光功率计使用方法不当。

4.2  仪器读数误差。

4.3  衰减器和窄带滤光片带来的误差。

5特殊要求

    在详细规范中应规定：

    a．  激光功率计的精度；

    b．  衰减器、窄带滤光片的允许误差：

    c．  其它．

方法106  输出功率的测试（适合大功率）

1目的

在规定工作条件，测量激光在给定工作电流使在输出所输出的激光功率。

2 测试框图

测试框图见图106。

1—  激光器稳流电源；2—激光器；3—光闸；4—衰减器（需要时）；

5—窄带滤光（必要时）；6—激光功率计

图106

3测试程序

3.1按详细规范对激光器进行预热。

3.2将激光功率计对准激光器的输出光束，并使其全部被接收。

3.3接通激光功率计电源，选用准其零点。

3.4每隔一定时间（如3min）读一次功率计的读数（每次测量前必须确认仪器返回初始状态），共测n(n＞10)次。按下式计算输出功率：

…………………………………………………(106—1)

式中：——记录曲线上i个读数，W。

3.4在采样[记录]曲线上，查出其中最大值和最小值

………………………………………………(106—2)

3.5按下列任何一式求出规定时间范围内的激光器输出功率的不稳定度：

               ………………………………………(106—3)

式中：——输出功率不稳定的标准，％：

       ，——见式（106—1）。

              …………………………………………………(106—4)

式中：——输出功率不稳定，％：

       ——见式（106—1）。

       ——见式（106—2）。

 

注：在标明输出功率不稳定是，必须给出时间范围。

4主要误差来源

4.1  光电探测器响应速度不快、温度漂移等。

4.2光衰减器不稳定。

4.3记录仪器的采样[记录]误差。

4.4测试系统机械装置搭置不当。

4.5环境温度起伏、气流和杂散光等影响。

5特殊要求

5.1  光电探测器对所接受波长的光要有高的灵敏度和足够快的时间响应，并在规定的功率密度下使用，没有饱和现象。

5.2测试系统在测量功率范围内要求线性。

5.3保证记录仪器的足够精度。

 

方法107光束方向偏移的测试四象限探测器法

1  目的

    在规定时间范围（如lh）内，测量光斑中心最大的离轴角度。

2测试框图

    测试框图见图107。

            1—激光器电源；2--激光器；3--四象限探测器；4--X--Y函数记录仪

图107

3测试程序

3.1  将激光器置于距四象限探测器规定的距离（如5m处），将X—-Y函数记录仪的笔调在记录纸的中心位置。

3.2按详细规范规定对激光器进行预热，并同时调整激光束的方向使其照射到四象限探测器的中心。

3.3预热后微调四象限探测器的位置，使X--Y函数记录仪的笔处在零点位置（记录纸的中心位置）。此刻起开始记录一段规定的时间。

3.4测量出记录仪所描绘的曲线中距零点位置的最大径向偏移距离。其在X、Y轴上的投影分别为、。则：

    …………………………………………………………（107--1）

    ……………………………………………………(107—2

…………………………………………………(107—3)

式中：——光斑中心最大径向偏移量，mm;

    ——在水平方向的离轴距离，mm;

    ——在垂直方向的离轴距离，mm;

    ——测试系统在X方向的比例系数，由试验得出。

    ——测试系统在Y方向的比例系数，由试验得出。

则激光束的方向偏移为：

…………………………………………………(107—4)

式中：——四象限接收器与激光器输出端之间的距离，mm;

    ——激光束的方向偏移，mard。

4主要误差来源

4.1  四象限光电探测器的不对称性。

4.2  、随激光器功率的变化。

4.3  激光器输出功率的不稳定。

4.4． 杂散光、气流等影响。

 

方法108光束方向偏移的测试感光法

1  目的

    目的见方法107第1章。

2测试框图

    测试框图见图108。

              l—激光器电源=2--激光器；3—光闸=4--可变衰减器：

                    5一长焦距透镜；6一感光相纸

图108

 3测试程序

3.1  按详细规范的规定对激光器进行预热。

3.2将长焦距透镜置于离束腰一定距离处。

3.3使激光器在给定工作电流下运转。

3.4改变衰减器的衰减量，使位于透镜焦平面上的感光相纸刚刚能打出印记。

3.5在一段时间内打开光闸若干次，使感光相纸打出若干个点。

3.6在感光相纸上以光斑密集区中心定为光轴中心。

3.7测出感光相纸上最远的光斑中心偏离光轴中心的距离。

3.8按下式计算光束最大方向偏移：

    ………………………………(108)

 

式中：——光束最大方向偏移，nvad。

    ——最远光斑中心对光轴的径向偏量，mm。

    ——透镜焦距，mm。

4主要误差来源

4.1  距离测量的误差；

4.2光轴定点不当造成的误差。

方法109横模的测试小孔扫描法

1  目的

    测定横模模式。

2测试框图

    测试框图见图109．

    1—激光器稳流电源；2—激光器；3--光强分布测定仪；4一记录仪

图109

3测试程序

3.1  使激光器在给定工作电流下运转。

3.2使激光束正入射在光强分布测定仪的探头上，并使光强分布测定仪上的探测小孔正对光斑中心。用光强分布测定仪对光斑进行自动扫描，以记录仪记录光斑的光强分布曲线（即相对空域分布曲线）。

3.3分析光强分布曲线。若为高斯分布，则判为基横模[单模]，否则为多模。

4主要误差来源

4.1  光强分布测定仪误差。

4.2记录仪误差．

4.3激光器输出功率不稳定引起的误差。

5特殊要求

    小孔孔径应不大于被测光斑直径的5%。

 

方法1 10横模的测试扫频干涉仪法（仲裁法）

1  目的

    目的见方法109第1章。

2测试系统图

    测试系统图见图I10。

l一激光器；2一共焦型球面扫频干涉仪；3一光电探测器；4一放大器；

                    5—信号发生器；6--示波器；7—激光器稳定电源

图110

    3测试程序

    3.1  按详细规范的规定对激光器进行预热。

    3.2将激光器输出的光束耦合到共焦型球面扫频干涉仪中，在示波器上显示出被测激光器模的频谱。当频率间隔满足下式：

              ……………………………………………………(110—1)

    式中：——光速， m/s;

          ——工作物质折射率；   

          ——激光器谐振腔长度，m。

则为基横模(记为)。否则是多模。

3.3每只的激光器观测时间不小于10 min。

4  主要误差来源

4.1  扫频干涉仪的分辨性能。

4.2探测器的灵敏度。

4.3光束与扫频干涉仪耦合不当。

 

方法111横模的测试感光法（适合大功率）

1  目的

    测定横模模式。

2测试框图

    测试框图见图111。

           1—激光器电源I；2一激光器；3一光闸；4--衰减器；5—照片底板

图lll

3测试程序

3.1按详细规范的规定对激光器进行预热。

3.2选合适的衰减器，使照相底板适度感光。

3.3照相底板与激光器输出光束相垂直，调节底板位置，使底板上的横模板花样大小合适。

3.4使光闸脉冲工作，对脉冲激光器应与被测激光脉冲同步，使照相底板接受激光脉冲而曝光。

3.5冲洗底板：用黑度计测量横模花样的相对光强分布。

3,6分析测试结果：如果测试横模花样的相对光强分布符合高斯分布，则横模花样就为基横模，否则为多模。

4主要误差来源

4.1冲洗底片技术不当引起花样图案模糊产生的误差。

4.2黑度计测量光强分布不确切产生的误差。

4.3每次曝光时，脉冲光束的抖动带来的误差。

 

方法1 12单模光束直径和发散角的测试小孔扫描法

l  目的

1.1  测量离光束腰d处的单模光束直径．

1.2测量离柬腰d处的光束发散角：

              ………………………………………(112—1)

   

式中：——离柬腰d处的光束直径，mm；

      ——测量的光束直径离柬腰的距离，mm；

      ——发散角，mrad。

2测试原理

激光器的远场发散角：

………………………………………(112—2)

   式中：--离激光束腰处的光束半径，mm；

        ——远场发散角，rad。

    激光器的近场发散角（靠近束腰处的发散角）；

      ……………………………………………(112—3)

    ……………………(112—4)

式中：——光束腰处的．光束半径，mm；

      、——谐振腔两端反射镜的曲率半径，mm；

      ——谐振腔的腔长，mm；

     ——激光波长，mm：．

     ——近场发散角，rad。

    在实际测试过程中，可以测出距离激光束腰（单位：mm）处的光束半径（单位：

mm），则光束直径和发散角分别为；其中：

    ……………………………………………………………………(112--5)

 …………………………………………………………………… (112--6)

其中：

    …………………………………………………………………(112—7)

3测试系统图

    测试系统图见图I12—1。

                  

       l一小孔光电接收器（可沿光束垂直方向一维自动扫描）；2--阻抗变换器；3一自动记录仪；4一可调节的反射镜；5--激光器电源：6--气体激光器；

    —可调节反射镜到束腰的距离与束腰到激光器输出端之间的距离之差。

图112--1

4测试程序

4.1  按图112--I组成测试系统，使小孔探测器的接收面和激光器的输出端处在同一平面上，光束在镜面上的入射角小于50。

4.2加高压使被测管着火，对激光器进行预热。

4.3调节反射镜使反射回去的激光束正入射到探测器的针孔上（调整好测试装置）。

4.4同时开启小孔探测器扫描装置和测试系统，即可将d处的光斑的光强分布记录下来。

如图112--2所示。

 

图112—2

4.5在记录曲线上光束中心强为，找到光强下降到时的横坐标值，则光束半径：

   ………………………………………………………(112--8)

式中：——自动记录仪的走纸速度，mm/s。

      ——小孔光电探测器的扫描速度，mm/s。

然后，由112--5式和112--6式分别计算光束直径和光束发散角。

5主要误差来源

5.1  测试系统不稳定引起的误差。

5.2扫描速度不稳定引起的误差。

5.3激先束没有正入射在小孔上引起的误差。

6特殊要求

6.1  小孔扫描系统要稳定可靠，扫描速度均匀。   

6.2小孔的直径应不大予被测光束直径的5%。

 

方法1 13光束直径和发散角的测试圆孔法

1  目的

    测量离束腰距离d(单位；mm)处的单模或多模光束的直径和发散角。

2测试框图

    测试框图见图113。

1—激光器电源；2--气体激光器；3—衰减器（需要时）；4一圆孔光栏（圆孔的半径已知）；

    5一遮光板；6一激光功率计

图113

3测试程序

3.1  加高压使被测激光器的激光管着火，对激光器进行预热，并接通激光功率计的电源。

3.2在激光器与功率计之间放一个适当孔径的圆孔光栏（光栏离束腰的距离，由

式计算）和一个遮光板，需要时放衰减器，并根据遮光板上的小孔衍射花样，将圆孔的中心调整到与激光束的轴线重合。

3.3拿开遮光板，将功率计探头挨近小孔，读取激光功率值；紧接着再将小孔拿开，再读取功率值在此过程中，所选光栏直径（即为光束直径，单位，mm），必须使下式成立：

………………………………………………………………(113—1)

式中：和的单位必须相同；是自然对数的底。

3.4按112—1式计算发散角。

4主要误差来源

4.1  激光器功率不稳定引起的误差。

4.2功率计的读数误差。

4.3圆孔的孔径选择不恰当引起的误差。

5特殊要求

5.1  应有一系列已知半径的圆孔光栏（精度不低于1．O%）。

5.2圆孔光栏要放在两维的调节架上。

 

方法1 14光束直径和发散角的测试长焦距一圆孔法

1  目的

    测量单模或多模光束的直径和发散角．

  

2测试原理

    在激光器的使用过程中；远场发散角才是有意义的，按理论，远场发散角应离激光

束腰无限远处测得，这在实际操作中办不到，本方法利用长焦距透镜的光学功能来测量，

以模拟远场测量的目的．

3测试框图

测试框图见图114．

    1一激光器电源；2--激光器l 3—衰减嚣（需要时）；4一长焦距＞l m）透镜；5一小孔（孔径可变）光栏6--激光功率[能量]计

图114

4测试程序

4.1  按详细规范的规定对激光器进行预热。

4.2将长焦距透镜置于离束腰一定距离(如lm)处。

4.3选功率[能量]计与激光束功率[能量]相适应。

4.4置小孔光栏（其直径误差不大于±0.05 nun，椭圆度不大于±5%）于长焦距透镜的焦平面上。

4.5沿X、Y方向反复调整光栏的位置，使功率[能量]计所接收到的功率[能量]最大。

4.6除去光栏．读出激光输出功率[能量]。

4.7改变小孔光栏的孔径，重复测试程序4.5条，以测得功率等于0.86[能量等于0.86]时的光栏直径（即为光束直径）。

4.8按下式计算发散角：

 ......................................................  (114--1)

式中：——光束发散角，mrad:

    ——光栏直径（光斑直径）,mm：

    ——透镜焦距，mm。

5主要误差来源

5.1  小孔光栏直径的测量误差。

5.2小孔光栏椭圆度引起的误差。

5.3小孔光栏放置不当引起的误差。

5.4功率【能量】计测试精度不够及对其读数引起的误差。

5.5测试过程中激光器输出波动引起的误差。

方法1 15光束直径和发散角的测试双圆孔法

1  目的

    测量单模或多模光束直径和发散角。

2测试框图   

    测试框图见图113。

3测试程序

3.1加高压使被测激光器的激光管着火，对激光器进行预热，并接通激光功率计的电源。

3.2在激光器与功率计之间放一个圆孔光栏和一个遮光板，需要时放衰减器，并根据遮光板上的小孔衍射花样，将圆孔的中心调整到与激光束的轴线重合。

3.3拿开遮光板，将功率计探头挨近小孔(其孔径为，单位：mm)，读取激光功率值P；将上述小孔光栏沿光束射出方向平行移r(单位：mm)处，并置换上另一个小孔光栏(孔径为，单位：mm)，以同样方法读取激光功率；紧接着将小孔拿开，再读取激光功率值。在此过程中，所选光栏直径（亦即代表两个离激光器输出端不同位置的光斑直径）和必须满足下式：

      ……………………………………………………………(115—1)

    式中：和必须计量单拉相同；是自然数对数的底。

3.4按下式计算发散角：

    ……………………………………(115--2)

   

式中:--发散角，mrad。

4主要误差来源

    主要误差来源见方法113第4章。

 

方法116偏振度的测试

1  目的

    测量线偏振激光束偏振部分的光强和整个光强的比值。

2测试框图

    测试框图见图116。

          l一激光器电源；2一线偏振激光器；3一偏振器；    ．

          4一光电探测器；5一阻抗匹配器；6一指示器

图116

    3测试程序

．  3.1  按详细规范的规定对激光器进行预热。   

    3.2绕光束的轴旋转偏振器，测出光束经过偏振器的最大透过光强，和最小透过光强。

    3.3激光器的偏振度为：

   ………………………………………………………(116—1)

    注：偏振度也可以用消光比表示为：：。

    4主要误差来源   

    4.1  测量装置线性不好。

    4.2指示器的读数误差。   

    4.3偏振器的旋转轴和光束不平行。

  5特殊要求   

    5.1 测量装置在测量范围内应具备严格的线性。

    5.2偏振器的偏振度要求为99.95%～99.99%。

 

方法201  最佳工作电压的测试

l  目的 

    脉冲工作的激光器，当脉冲输出能量最大时，测量电源所施加的直流电压值。

2测试系统图   

    测试系统图见图201。

              l一电压可连续调节的激光器电源12--直流电流表；

                 3一电压表；4--激光能量计；5—激光器

图201

3测试程序

3.1加高压使激光器的激光管着火，并预热至激光器正常工作。

3.2调节电源电压使脉冲输出能量至最大．此时从电压表上读出最佳工作电压()。

4主要误差来源

4.1  电压表的精度和读数误差。   

4.2激光器输出能量的不稳定度。

 

方法202脉冲宽度的测试

1  目的

    测量激光器输出单脉冲波形的两个半峰值点之间的时间间隔．

2测试框图

    测试框图见图202。

             l一激光船电源.2--激光器l 3一衰减器（需要时）；

              4一快速光电探测器；5--快速示波器

图202

 3测试程序

3.1  按详细规范的规定对激光器进行预热．

3.2选取合适的衰减器，使光电探测器在线性范围内工作。

3.3选取光电探测器的光谱响应与激光器的输出波长相匹配；根据激光器输出脉冲宽度范围，选取响应速度足够快的光电探测器和示波器。

3.4把探测器对准激光柬，调节示波器，在示波器屏面上显示出脉冲波形。记下两半峰值点之间的时间间隔．重复甩（n>lO）次．

3.5按下式计算脉冲宽度：

       ……………………………………………………(202—1)

  

式中：——脉冲宽度，ns：

     ——在示波器上第i次测得的脉冲两半峰值点之间的时间间隔，ns；

     ——重复测量次数。

4主要误差来源

4.1  示波器带宽不够和探测器响应不够快引起的测量误差。

4.2激光器输出脉宽不稳定带来的误差。

4.3示波器的读数误差。

5特殊要求

    在详细规范中应规定：

    a．  示波器的要求；

    b．  光电探测器的要求。

 

方法203脉冲重复频率的测试

1  目的

    测量脉冲激光器每秒钟发射的等间距的脉冲个数。

2测试框图

    测试框图见图202。

3测试程序

3.1见方法202第3.1～3.3条。

3.2把探测器对准激光束，调节示波器，使在示波器的屏上出现二个稳定的激光脉冲波

形，记下二相邻脉冲之间的时间间隔（即脉冲周期）T。

3.3按下式计算脉冲重复频率：

   ………………………………………………………………(203—1)

式中：——脉冲重复频率，或；

    ——二相邻脉冲之间的时间间隔，s。

4主要误差来源

    示波器屏上的读数误差。

5特殊要求

    特殊要求见方法202第5章。

 

方法204脉冲能量的测试

  

1  目的

    测试由激光器输出端输出的单个脉冲的激光辐射能。

2测试框图

    测试框图见图204。

          1—激光器电源,2—激光器：3一光闸： 

             4—衰减器（需要时）：5--能量计

图204

3测试程序

3.1  按详细规范的规定对激光器进行预热。

3.2使能量计与激光器输出端之间保持适当距离（由详细规范规定）。

3.3使光闸启闭与被测激光脉冲同步。

3.4按照激光器输出的能量、波长、，脉冲宽度、光束尺寸等选取合适的能量计。

3.5选取合适的衰减器，使能量计工作在线性范围。

3.8将能量计探头对准输出激光束，使其全部被接收。

3.7在激光器规定的工作条件下，对同一输入能量共测n(n>10)次．每次测量前均需校准能量计的零点。

3.8依每次的测量值，按下式计算输出能量值：

   ……………………………………………………….(204—1)

式中：——激光器输出能量，：

    ——第i次测得的输出能量，：

    ——衰减器的透射比：

    ——同一输入能量时的测量总次数。

    注：光闸的选用应视激光脉冲重复频率和能量计的响应频率及其功能而定。

4主要误差来源

4.1  能量计调试误差。

4.2能量计读数误差。

4.3激励源的电压、电流读数误差：

4.4引入衰减器带来的误差．

5特殊要求

    在详细规范中应规定：

    a．  能量计的精度：

    b．  衰减器的允许误差。

方法205输出脉冲能量不稳定度测试

1  目的

    在给定工作条件下，测量激光器脉冲输出能量在规定时间间隔内随时间波动的特性。

2测试框图

    测试框图见图204。

3测试程序

3.1测试程序见方法204第3.1～3.7条。

3.2按下列式中的任一式计算输出能量不稳定度：

………………………………………………(205—1)

…………………………………………………………(205—2)

………………………………………………………(205—3)

式中：——输出能量不稳定度，%；

    ——输出能量不稳定度的标准差，%：

    ——衰减片透射比．%：

    ——第i次测得的输出能量，：

    ——对同一输入能量，测量输出能量的总次数：

    ——激光器输出能量．；见式204--1;

    ——输出能量相对最大不稳定度，%；

    ——对同一输入能量，在测n次输出能量时，所测得的最大能量值，；

    ——对同一输入能量，在测n次输出能量时，所测得的最小能量值，。

4主要误差来源

 主要误差来源见方法204第4章。

 

5特殊要求

    特殊要求见方法204第5章。    。

方法206脉冲峰值功率的测试

1  目的

    在规定工作条件下，测量激光器输出单个脉冲能量与其脉宽的商．

2测试框图

    测试框图见图206。

   

        l一激光器=2--光闸；3--分柬器l；4、6一衰减器；

      5一能量计；7一快速光电探测器；8一示波器；9一激光器光源

图206

 3测试程序

3.1  按详细规范的规定对激光器进行预热。

3.2将能量计探头、光电探测器探头分别对准激光束。

3.3使激光器工作在规定的工作条件下。

3.4使能量计，光电探测器和示波器处于待测的工作状态．其中光电探测器的波长及时间响应与激光器输出光束的波长和脉宽相匹配；示波器带宽响应与激光脉宽相匹配。

3.5选取合适的衰减器，使能量计与光电探测器工作在线性区域。

3.6使光闸启闭与被测激光脉冲同步．在开启光闸时，记录下能量计的读数．同时调节示波器使之在示波器的屏上呈现稳定的激光波形。记录下脉冲半峰值点之阎的时间宽度。每隔一定时间重测一次，在同一输入能量的条件下，共测，n(n>lO)次。

3.7按下式计算脉冲峰值功率：

   ……………………………………………………(206—1)

式中：——单脉冲峰值功率，W；

    ——衰减器的透射比，%；

    ——分柬器透射比，%；

    ——第i次测得的能量值，J：

    ——第i次测得的单脉冲半峰值点之间的时间间隔，s：

    ——同一输入能量条件下的总测量次数。

4主要误差来源

4.1  能量计调试误差。

4.2能量计读数误差。

4.3示波器上时间宽度读数误差．

4.4插入衰减器和分束器所带来的误差。

4.5激励源电压的读数误差。

4.6探测器响应速度有限和示波器带宽有限产生的误差。

4.7探测器的非线性误差。

5特殊要求

在详细规范中应规定：

a．  激光能量计的精度；

b．  光束分柬器和衰减器透射比的允许误差；

c．  对光电探测器及示波器的要求。

方法207重复脉冲峰值功率平均值的测试

1  目的

    在一段时间范围内，测试脉冲峰值功率的平均值。

2测试框图

    测试框图见图206。

3测试程序

  测试程序见方法206第3章。

  重复测试脉冲峰值功N次，以下式计算峰值功率平均值：

…………………………………………………………………(207—1)

式中：——第i次测得的脉冲峰值功率，w：

   ——测得的脉冲数：

    ——峰值平均功率，W。

4主要误差来源

    主要误差来源见方法206第4章。

5特殊要求

    特殊要求见方法206第5章。

方法301  激光波长的测试

1  目的

    测试激光器输出光束主谱线的中一叠波长，

2测试框图

    测试框图见图301。    ，

    l一激光器电源；2一激光器；3一衰减器（需要时）；4一滤光片；5—光闸；

    6一透镜；7—分光片；8--光栅光谱仪（单色仪或摄谱仪）；9一透镜；

    10--滤光片；11—标准光谱灯l；12--光电探测器；13一记录仪 

图301

 3测试程序

    首先按详细规范的规定对激光器进行预热，然后选用下列合适的程序进行。

3.1用单色仪测量（适用于连续波激光器）

3.1.1  按选用光谱灯的操作规程，对其预热，使工作在正常状态下。

3.1.2在单色仪上找到所选用光谱灯谱线（一般为相邻的2～3条）的零级光谱，然后转动光栅到第K级光谱。

3.1.3打开光闸，让激光束照到单色仪狭缝，使激光束的第聊级光谱落李光谱灯的第足级光谱区域内。

3.1.4用光电探测器接收信号后由记录仪记录，当用光栅摄谱仪时，直接摄谱。

3.1.5由记录曲线或摄谱赋l片测量各谱线的相对位置，如图302所示。

图302

注：图中，是选用灯的二根标识谱线和的波长，是待测激光器的输出波长。

3.1.6由测得的和按下式计算待测波长（以mm计）。

……………………………………………………(301—1)

式中：——对应谱线的波长，mm；

——对应谱线的波长，mm。

——待测的激光束主谱线中心波长（对应谱线），mm;

——谱线与谱线之间的间隔距离，mm;

——谱线与谱线岛之间的间隔距离，mm;

k--k线光谱；

m——m线光谱。

3.2用摄谱仪测量（适用于连续波、脉冲激光器）。

3.2.1按激光器输出光束的波段选用幽栅摄谱仪。

3.2.2使光闸与被测激光脉冲同步，开启摄谱仪，记录接收的激光信号（照相直接摄谱）。

3.2.3标校摄谱仪的波长读数。

3.2.4重复测量n（n>lO）次，取其算术平均值

 

   …………………………………………(301--2)

    式中：——激光束主谱线中心波长，mm：

    ——第i次测得的波长，mm;

    ——测量总次数。

3.3用波长计测量（适用于连续波、脉冲激光器）

    在图301中去掉9一透镜、10--滤光片、11--标准光谱灯：并将8一光栅光谱仪换成激光波长计，用波长计直接测量输出激光的波长。

4主要误差来源

4.1  激光器工作不稳定引起的误差：

4.2  光栅光谱仪读数误差；

4.3光栅光谱仪分辨率不够引入的误差；

4.4光栅光谱仪分辨率的不够引入的误差：

4.5波长计不准引起的误差．

5特殊要求

    在详细规范中应规定；

    a．  光谱灯谱线波长范围；

    b．  滤光片带宽；

    c．  对光谱仪的要求；

    d．  对波长计的要求。

方法302激光器效率的测试方法

1  目的

    通过测量激光器输出功率或能量计算激光器的光电转换效率。

2测试框图

    a．  测试连续波激光器输出功率的框图见图104或图104A。

    b．  测试脉冲激光器输出脉冲能量的框图见图204。

3测试程序

3.1  按方法104或方法104A测试连续波激光器的输出功率，按下式计算激光器的效率：

  ……………………………………………………（302--1）

式中：——激光器输出功率，W：

       ——最佳工作电流，F：

     ——最佳工作电流的的激光器工作电压，V。

3.2按方法204测试脉冲激菇密的输出能量，按下式计算其效率l

    …………………………………………（302--2）

式中：——激光器输出能量，J；见式204--1：

      C——激光器电源电容量，F：

     ——最佳工作电压．V。  

4主要误差来源

    主要误差来源见方法104第4章或方法104A第4章或方法204第4章。

5特殊要求

  特殊要求见方法104A第5章或方法204第5章。  

    方法303激光器预热时间的测试

1  目的

    测试激光器的预热时间。

2测试框图

    测试框图见图104或图105或图204。   

3测试程序

3.1将测试仪器调试在待测状态。

3.2使被测激光器着火，并立刻调到给定的工作电流。将此刻定为预热时间的起始时刻，

当激光器的待测参数达到产品详细规范的规定值时，就定为预热时间的终止时刻。

4主要误差来源

4.1同相应方法104或方法105或方法204的第4章。

4.2计时的人为误差。

附加说明：

本标准由中国电子技术标准化研究所归口。

本标准由中国电子技术标准化研究所负责起草。

本标准主要起草人：马团庆。

计划项目代号：B71018。

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