JB/T 9491-1999 氦氖激光器 主要参数 测试方法

Is31.260JB中华人民共和国机械行业标准BT9491-1999氦氖激光器主要参数测试方法Measuring mathod of major parameter for He-Ne lasers1999-08-06发布2000-01-01实施JB/T94911999前言本标准是对ZBY32-85《氮氖激光器主要参数测试方法》的修订修订时,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aBY332-85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1985年12月首次发布。中华人民共和国机械行业标准氢氖激光器主要参数测试方法BT9491-1999代普zBY3285asuring mathod of major parametar for Be- Ne Lasers1范围本标准规定了氧氖激光器(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6328mm的氧氖激光器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22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共振锲式可能存在于激光光学谐振腔内的电磁场的本征态。每一个本征态具有一定的振荡辜和一定的空间分布。2.5纵模在垂直于光轴的横截面内,共振模式的场分布相同,而沿光轴方向形成驻波,且具育确定的由驻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q表示2=2·光学谐振腔腔长真空中的光速;激光工作物质的折射率A,v一存在于谐振腔内的振荡波长,频率2.6横模在垂直于光轴的横戴面内,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TEM表示。其中mn表示在二正交方向上横向场强为零的节点数。节点数m=0,n=0即横向场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27输出功率激光器在其最佳工作电流下的输出28输出功率时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H以下)为输出功率时间稳定度。用公式(2)表示:国家机机工业局199-08-06批准2000-0101实施ABAT9491=1999S(t式中:S()一输出功率时间稳定度△P一在测量时间范围内,激光输出功率最大测量值与最小测量值之差P—在测量时间范围内,激光输出功率的平均值。2.9幢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)表示式中:S(0)一输出功率方位稳定度P—激光管绕其光轴转动一周,激光输出功率最大测量值与最小测量值之差;Pe激光管绕其光轴转动一周,激光输出功率的平均值。2.10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(u%)的最小孔径的半径。2.11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)表示式中:光束指向稳定度,mad;—测量点到激光束束腰(激光束最小半径)处的距离,ma距离激光束束腰x处光束中心的最大径向偏移量,mm2.12光束发散角表征光束发散度的量。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)。其计算见公式(5)2u(2)式中光束发散角,mnd测量点到激光束束腰(激光束最小半径)处的距离,ma(z)—距离激光束束腰x处的光束半径,mm2.13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P,丹式中:p—线偏振度P,—通过检偏器后的最大光功率;P,—通过检偏器后的最小光功214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。测试条件3.1测试仪器3.1.1功率计精确度不低于±5%,并需经国家计量部门定期检定3.12测试用仪表不低于1.5级3.13测试仪器的不确定度不低于±5%32测试环境32.1实验室温度15℃-35℃,相对湿度45%~75%,大气压力86kPa-10Pa322实验室内空气流动速度不大于0.05m/,无明显的振动、烟雾和杂散辐射的影响323供电电源必须是稳定电深。324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。敌光臂元功率计电阻高压电压表直流电流袭图1最佳工作电流测试装置示意图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,调节激光电源,使激光输出功率达到最大值。此时,直流电流表显示的数值即为最佳工作电流值L:5工作电压的测试5.1测试装置测试装置如图1所示。5.2测试规程同同时,记录高压电压表显示的数值,此值减去电阻器上的电压L(=RxL)后,即为工作电压6起辉电压的测试6.1测试装置测试装置如图1所示62测试规程a)按图1连接好电路与光路b)接通井缓慢地调节激光电源,使其输出电压平稳地上升,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输出功率的测试7.1测试装置测试装置如图2所示。激光管激光功率计激光电源挫压电图2输出功率测试装置示意图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,调节激光电源,使其在最佳工作电流下运转。在一定时间间隔内多次测量,并取平均值。8输出功率时间稳定度的测试8.1测试装置测试装置如图3所示。囊光功率计记录仪数光电原糖压电象图3输出功率时间稳定度测试装置示意图82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-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,本章内容适用于同轴式全内融氢光一92测试装置测试装置如图4所示。方位定度测试装置激光功率计X-Y记录仅激光电图4输出功率方位稳定度测试装置示意图93测试规程a)按图4连接好电路与光路,将激光管和激光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-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)计算输出功率方位衰定度0光束指向稳定度的测试测试装置如图5所示。激光四象限探光电电源稳压电X-￥记录仅图5光束指向稳定度测试装置示意图10.2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。当光束垂直入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源移,光束中心偏离探测器中心时,探测器失去平衡,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量。10.3测试规程a)按图5连接好电路与光路。b)点燃敞光器,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,使激光光束垂直入射到四象限探测器上,并使光束中心与电中心重合c)用X-Y记录仪或者计算机采集激光光束随时间漂移的数据。d)测量时间不得小于1,按公式(JB千单取指開稳定度11发散角的测试11.1测试装置测试装置如图6所示光管光电测器撒光电源德压电罩X-Y记录仪图6发散角测试装置示意图11.2测试规程(小孔扫描法))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110)与激光束束蛋的距离不得小于7mab)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,使激光光束垂直入射到小孔探测器和光电探测器上。e)使小孔探测器沿光丧直径移动扫描,用X-Y记录仪或者计算机采集数据,得到激光光强分布d)根据光强分布曲线,按公式(5)计算激光光束的发散角。基横模的测试12.1光升布测试法测试装如图6所示测试规程问1.2。要求沿光斑的任意两个正交的直径方向分别进行测量,测试结果应一致122频谱分析测试法12,2.1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这时输出的激光为基横若相邻模谱最小的频率间隔为△ν=2nL·(△m+△n)·aros(8)讨,则激光器有高阶横模输出。式中,m和a是高阶横模阶数,△m+△n=正整数;R和R是激光潜振腔两镜片的曲率半径。12.2.2测试装置测试装置如图7所示B9491199共焦球面X一Y记录仅激光光谱分析图7基横模测试装置示意图12.23测试规程a)按图7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共焦球面扫描干涉仪的接收器上c)观察时间不得小于3min。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。13线偏振度的测试13.1测试装置测试装置如图8所示。盟光查光功事计徽光电冪糖压电图8线偏振度测试装置示意图132测试规程n)按图8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,使激光光束垂直入射到检偏器和激光功率计上。c)使检偏器旋转,测量激光光束通过检偏器的最大光强P和最小光强P,。d)按公式(6)计算线偏振度。14寿命试验14.1工作寿命试验14.1.1测试装置IB991-199测试装置如图9所示敷光功率计图9寿命试验装置示意图14.1.2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,使激光光束垂直入射到激光功率计上,调节激光电源,使其在最佳工作电流下运转。同时计时开始e)使激光器连续运转,监测输出功率,直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142存放寿命试验142.1测试装置试装置如图9所示14.2,2测试规程定期检测存放试验的激光管的输出功率,凡下降到额定输出功率的1/2以下时,即认为其存放寿命