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L51
中华人民共和国国家标准
GB/T 27662---2011/IS0 11670:2003
激光光束指向和位置稳定性测试方法
Test methods for pointing and positional stability of laser beam
(ISO 11670:2003,Lasers and laser-related equipment-Test methods for
laser beam parameters-Beam positional stability,IDT)
2011-12-30 发布
2012-05-01实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布 GB/T 27662-2011/ISO 11670 :2003
前 言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准使用翻译法等同采用了IS011670：2003：激光和激光相关设备激光束参数测试方法 光
束位置稳定性，纳人了ISO11670：2003/Cor.1：2004(E)的修正内容，这些修正内容涉及的条款已通过在其外侧页边空白位置的垂直双线（1）进行了标示。
为了便于使用本标准，进行了编辑性修改，将 ISO 11670:2003的 6.1分成了a)、b),c)、d)列项。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。 本标准由中国机械工业联合会提出。 本标准由全国光辐射安全和激光设备标准化技术委员会（SAC/TC284)归口。 本标推起草单位：北京理工大学北京奥依特科技有限责任公司、北京工业大学。 本标准主要起草人：高春清、高明伟、王立波、孙殿中、陈虹。 GB/T 27662—2011/ISO 11670:2003
激光光束指向和位置稳定性测试方法
1范围
本标准规定了激光光束指向和位置稳定性的测试方法。 本标准适用于连续和脉冲激光器的光束指向稳定性和位置稳定性的测试。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
JB/T6860测量激光辐射功率能量的探测器、仪器与设备（JB/T6860一1993，IEC1040：1990， IDT)
ISO 11145:2006光学和光子学激光和激光设备词汇和符号（Optics and photonics—Lasers and laser-related equipment--Vocabulary and symbols)
IS011146:19991激光和激光设备激光束参数的试验方法束宽、发散角和束扩散因子 (Lasers and laser-related equipment-Test methods for laser beam parameters--Beam widths, diver- gence angle and beam propagation factor)
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3. 1
角向移动 angular movement axgαy 激光光束在 X-Z和 Y-Z平面内的角向移动量。 注：这些量在光轴坐标系X,Y,Z中定义。如果X方向与Y方向的角向移动之比不大于1.15：1,则认为光束的角
向移动是旋转对称的，这种情况下只用一个值表征角向移动，符号记作α。
3.2
光束指向稳定性 beam angular stability dar,day 光束角向移动的2倍标准方差。 注：这些量在光轴坐标系X,Y,Z中定义。如果 X方向与Y方向的指向稳定性之比不大于1.15：1,则认为光束的
指向稳定性是旋转对称的，这种情况下只用一个值表征光束指向稳定性，符号记作 α。
3.3
原点 pivot 所有瞬时光轴与Z轴的交汇点。 注：在很多情况下，原点不一定存在，故原点的测量不是本标准的内容。
1) ISO 11146:1999 的最新版本为:ISO 11146-1-2005,ISO 11146-2-2005,ISO 11146-3-2004。
1 GB/T 27662—2011/ISO 11670 :2003
3. 12
中期稳定性 medium-term stability 光束在 1 min 时间间隔内的稳定性。
3. 13
长期稳定性long-term stability 光束在 1 h 时间间隔内的稳定性。
4坐标系和光轴
4.1 光轴分布
光轴（根据IS011145：2006的定义）分布由多次（n>1000）测量光轴方向获得：光轴分布的标准方差可描述光轴的移动。该标准方差沿不同方向上可以是不同的，即光轴分布不
一定是圆对称的,其在某一个主方向的幅度可以大于其他任何方向。 4.2坐标系的选取 4.2.1概述
本标准中采用的坐标系均为右手坐标系。 Y'
A
yM
21
zi
xM a）A视图
t
-M
Z=2'=0 b）光轴坐标系 X,Y,Z与实验室坐标系X,Y,Z示意图
说明：
激光光轴的平均方向； -对应某一次测量的光轴;
V
2
3- 光轴分布统计值的2倍方差。
图 1光轴坐标系 X,Y,Z与实验室坐标系X,Y',Z'坐标系示意图及其 A视图
4.2.2实验室坐标系(X',Y,Z'坐标系）
实验室坐标系中的三个正交方向由 X',Y',Z'定义。Z'轴起点位置由激光器生产商给定的参考面 X"-Y面定义（例如激光器前端面），以使激光束沿着Z轴的方向近轴传输（偏差小于10°）。 4.2.3光轴坐标系(X,Y,Z)
光轴坐标系是第二个正交坐标系，坐标系 X,Y,Z见图1a),其规定如下：
-Z是激光器处于稳态时由光束的一阶强度矩给出的平均光轴方向；
3 GB/T 27662—2011/IS0 11670:2003
6测试过程、测试仪器和其他辅助元件
6. 1 测试准备
测试工作开始前，应确认以下情况： a） 测试前需准备合适的光学调整器件，使激光束与测量系统共轴； b) 光学系统的视场应包括整个光束截面。光束截断和衍射引起的损耗占最后测量误差的比重
不应大于1%。在放置分束器、衰减器和透镜等光学元件时，应保证光轴通过它们的几何中心。应来取措施避免由反射、环境噪声、热辐射和空气扰动等引起的系统误差；
) 在测量开始前，激光器应按生产商的规定预热以达到热平衡状态，测试器材也应达到热平衡； d) 在初始准备工作完成后，应检查是否全部光束人射到了探测器表面。可在每个光学元件的前
面插人不同孔径的光阑，当光阑使激光功率减小了5%时，所用光阑的孔径不应大于其后光学元件口径的0.8倍。
6.2测试环境要求
放置被测激光器和测量系统的测试台的稳定性应高于被测激光器的稳定性。需采取隔震、减噪和控温等措施，保证外界因素或系统误差对测量结果的误差影响不超过10%。这些措施包括对测试设备的机械和声响隔振、对实验室和激光器冷却系统(由厂家规定)控温，对外界光电噪声的屏蔽和使用低噪声的电气装置等。 6.3探测器系统
在测试光束的指向和位置稳定性时,测量光强分布的一阶矩应符合ISO 11146:1999的规定。只有当被测光束在每次测试中的光强分布不发生变化时才可使用如光电二极管、四象限探测器等简单探测器。探测器系统的空间分辨率和信噪比决定测试精度。
JB/T 6860的第 3章和第 4章尤其重要,探测器系统应与其要求一致。应考虑只有相对测量是必需的,并且应强调以下几点：
应根据生产厂商的数据或标定结果确认探测器系统的输出参量（如电压等）与输出参量（如激光功率)之间为线性关系；应通过标定尽量减小或校正探测器的非线性、非均匀性和波长依赖性;
一应采取措施确保激光人射到探测器时，不超过探测器表面的损伤阈值（辐照度、曦光量、功率和
能量)。
6.4光束变换系统、光学衰减器、分束器、聚焦元件
如果被测激光光束口径大于探测器口径，应采用适当的光学变换系统对光束进行变换，使其适应探测器的口径。
应根据被测激光的波长选择合适的光学元件。 当人射激光的功率超过探测器的工作阐值时，应使用光学衰减器。光学衰减器应尽量避免由波长、
偏振、非线性、非均匀性等引起的误差。在使用光学衰减器前需对其进行标定，以减小可能引起的误差。 在用于高功率激光时，应避免由高功率导致的激光束的畸变。
聚焦系统除了满足以上对于光学系统的要求外，还应满足以下要求：
应是“无像差的系统”，即由光学系统的像差引起的误差应小于无像差的理想情况下测量总误差的20%；
一一焦距和主面位置的不确定性应小于焦距的1%；
5 GB/T 27662—2011/IS0 11670 :2003
应选择焦元件的口径使其包含整个人射光束，光束截断和衍射损耗占最后测量误差的比重不应大于1%。
所有光学元件都不应对光束相对功率密度分布产生明显影响。当将激光束成像于探测器面进行测试时，计算中应包含成像系统的放大倍数。 6.5标定
应在开始测量前对仪器进行标定。可通过在一已知距离使用两个正交放置的微米精度线性平移导轨移动位置敏感探测器进行标定。
7 测试程序
7. 1概述
测量应该在激光器生产商评估本款激光器所规定的工作条件下进行。 在测试过程中，对被测光束的取样应至少大于1000次。探测器的带宽，包括与之相连的放大器及
其他电子设备的带宽，应当大于2次测量时间间隔的倒数的3倍。
注：在选用相机类的探测器时，测试系统的带宽受相机频的限制。
7.2光束位置稳定性
为了测试任意位置Z'处的光束位置稳定性，探测器应放置于Z'处，或者Z'的像可被成像到探测器上。当测量短期稳定性时，应在1 s测量时间内测量光轴变化(见3.11）。当测量中期稳定性或长期稳定性时，应在1min内（见3.12)或1h内记录（见3.13)测量光轴的变化。 7.3光束指向稳定性
为了测试光束指向稳定性，探测器应放置在聚焦系统的焦平面位置。当测量短期稳定性时，应在 1 s 测量时间内测量光轴变化(见 3.11)。当测量中期稳定性或长期稳定性时,应在 1 min 内(见 3.12) 或1h内记录（见3.13)测量光轴的变化。
8评价方法
8.1光束位置稳定性
相关参量数值的确定方法如下： a）在位置Z'处光束的质心由以下方法确定
1）直接从位置敏感探测器读出（见6.3)； 2）光强分布函数的一阶矩表示为：
r'E(r',y') da'dy" |E(r ,y') dr'dy y'E(r",y') dr'dy TE(a',y') dr'dy"
I
t
(10 )
y
.( 11 )
在采用成像系统进行测试时，成像系统的放大倍数需包括在内。 b）Z'=Z处实验室系统的测量平面与光轴的交点 XM与 Y表示为： 6