ICS 31. 260 L 51
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1
中华人民共和国国家标准
GB/T 13863--2011
代替 GB/T 13863-—1992,GB/T 13864--1992
激光辐射功率和功率不稳定度测试方法
Test methods for laser radiation power and its instability
(1SO 11554:2006,Optics and photonics—Laser and laser-related
equipment--Test methods for laser beam power,
energy and temporal characteristics, MOD)
2012-05-01实施
2011~12-30 发布
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 13863—2011
目 次
前言
1 范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义 4 测试条件及要求 5测试方法 5.1激光辐射连续功率测试 5.2连续激光器输出功率不稳定度测试 6测量不确定度估算 6.1激光连续功率的测量不确定度估算 6.2连续激光器输出功率不稳定度和峰值不稳定度的测量不确定度估算 7测试报告附录A（资料性附录）本标准与ISO11554:2006相比的结构变化情况附录B（资料性附录）本标准与ISO 11554:2006的技术性差异及其原因附录C（规范性附录）相对强度噪声及其相关测量方法
X
10 GB/T 13863---2011
前言
本标准按照 GB/T 1.1一2009 给出的规则起草。 本标准代替GB/T13863—1992《激光辐射功率测试方法》和GB/T13864—1992《激光辐射功率稳
定度测试方法》。与GB/T13863一1992相比，除编辑性修改外，主要技术变化如下：
修改了术语和定义（见第3章，1992年版的第3章）；修改了测试条件及要求（见第4章，1992年版的第4章）；增加了大发散角激光辐射连续功率测试（见5.1.1.2）；
一一增加了测试时的可选设备（见5.1.4); ——增加了测量不确定度估算（见第6 章）;
一增加了测试报告的内容（见第7章）。 与GB/T13864~-1992相比，除编辑性修改外，主要技术变化如下：
修改了术语和定义（见第3章，1992年版的第3章）；修改了测试条件及要求（见第4章，1992年版的第4章）；增加了连续激光器输出功率不稳定度测试（见5.2.1)； —--增加了测试时的可选设备(见5.2.3)；
增加了测量不确定度估算（见第6章）；增加了测试报告的内容（见第7章）。
本标准使用重新起草法修改采用ISO11554：2006《光学和光子学激光和激光设备激光束功率、能量和时间特性测试方法》。
本标准与 ISO 11554:2006相比在结构上有一定调整，附录A中列出了本标准与 ISO 11554:2006 的章节编号对照一览表。
本标准与ISO 11554：2006相比存在技术性差异，这些差异已通过在其外侧页边空白位置的垂直单线(!)进行了标示,附录 B中列出了本标准与 ISO 11554:2006 的技术性差异及其原因的一览表。
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。 本标准起草单位：中国电子科技集团公司第十一-研究所、北京光电技术研究所、北京奥依特科技有
限责任公司。
本标准主要起草人：陈刚、陆耀东、徐学珍、赵鸿、仇瑛。 本标准所代替标准的历次版本发布情况为：
-GB/T 13863—1992; -GB/T 13864—1992。
1 GB/T 13863—2011
激光辐射功率和功率不稳定度测试方法
1 范围
本标准规定了连续和准连续激光器的激光辐射连续功率以及连续激光器的输出功率不稳定度的测
试方法。
本标准适用于各种连续和准连续激光器的激光辐射连续功率以及连续激光器输出功率不稳定度的测试。
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。
GB/T6360--1995激光功率能量测试仪器规范 GB7247.1激光产品的安全第1部分：设备分类、要求和用户指南（GB7247.1一2001,IEC
60825-1 :1993,IDT)
GB/T 15313激光术语(GB/T 15313一2008,ISO 11145:2006,MOD)
3术语和定义
GB/T15313界定的以及下列术语和定义均适用于本文件。
3. 1
连续激光器输出功率的峰值不稳定度 relative power peak fluctuation of laser radiation Ar2 相对应采样周期内激光连续功率1Hz以下的起伏变化量的峰值的一半与激光连续功率的比，连续
激光器输出功率的峰值不稳定度见式（1）。
Pmax -Prai
X 100%
Apz
(1)
2P
式中: Pmax 对应采样周期内激光连续功率测量值的最大值，单位为瓦（W）； Pmin — -对应采样周期内激光连续功率测量值的最小值，单位为瓦（W）； P
对应采样周期内激光连续功率测量值的平均值，单位为瓦（W）。
3.2
灵敏度 sensitivity s 探测器的输出增量与其相应的人射增量之比。
3.3
测试仪器非线性系数 non-linear coefficient of measurement instrument K 表述测试仪器输出与输人不成比例或灵敏度变动的系数，测试仪器非线性系数见式（2）。
1 GB/T 13863—2011
S= S × 100% S.
K:
( 2 )
式中: S任意大小的辐射量的灵敏度; S。某一确定的辐射量的灵敏度。
3. 4
零漂 zero shift 探测器不接受任何激光和其他辐射时,其测试系统随时间变化的非零示值。
3.5
测量仪器不确定度 relative uncertainty of the calibration instrument Uμ(c:) 由单个测量仪器校准确定的，单个测量仪器引起的不确定度分量。例如探测器，衰减器，电子测试
设备等。 3.6
测量系统不确定度 relative uncertainty of the measurenent system Ur(c) 测量系统中涉及到的各个测量仪器组件的测量仪器不确定度的均方根。测量系统不确定度
见式(3)。
Url(c) - [Ure (c;)] ?
-(3)
3.7
探测器的最大接收角 maximum acceptance angle of a detector α 在此人射角度范围内，探测器灵敏度是均匀的，并与人射角无关。
4测试条件及要求
4.1用于测试激光辐射连续功率的测试系统应满足如下要求：
a） 功率探测器、积分球和其他测试光学系统中所用光学元件需要在其检定有效周期内； b)： 测量仪器不确定度不大于5%; c） 测试系统的最窄标定波长组件的波长范围也应涵盖被测波长；
GB/T6360-—1995中3.1规定的其他最低技术要求； e) 用探测器直接测试时，探测器的最大接收角必须大于到达探测器表面的激光束发散角全角的
d)
一半，见图1。
说明：
平面探测器；
1- 8 一激光束发散角；
最大接收角。
图 1 平面探测器 一照射角度
2 GB/T 13863—2011
4.2用于测试激光输出功率不稳定度的探测器及其测试系统应满足如下要求：
a）功率探测器、积分球和其他测试光学系统中所用光学元件需要在其检定有效周期内； b）在规定的测试时间内灵敏度随时间的变化不大于士0.5%； c） 在被测激光连续功率的变化范围内测试仪器非线性系数不大于士0.5%； d) 在规定的测试时间内，相对零漂优于土0.5%； e） 测试系统的最窄标定波长组件的波长范围也应涵盖被测波长； f) GB/T6360一1995中3.1规定的其他最低技术要求； g） 用探测器直接测试时，探测器的最大接收角必须大于到达探测器表面的激光束发散角全角的
半。
4.3激光应直接照射到激光探测器表面，激光探测器是输出信号与激光连续功率成正比的测试仪器，该信号随时间的变化也可以被测量；大发散角的激光辐射可以用积分球收集；在必要时可以使用光束整形和衰减装置。 4.4反射光、外部光、热辐射和气流都是潜在的测量不确定度的来源，需要避免或使其影响控制在被测值的10%以内，其他测试环境应符合激光器及功率计的具体要求。 4.5测试激光器时应按GB7247.1的要求采取安全防护措施。 4.6探测器光敏面和测试光学系统中所有光学元件的有效尺寸应大于对应位置处的激光光束人射截面，并最终保证由这些元件引起的拦光和衍射损耗造成的损失小于测量不确定度的10%。当对某个或某些光学元件的有效尺寸出现争议时，建议采用以下检测来仲裁：在存在争议的光学元件前放置不同孔径的光栏，减少光栏孔径直到输出信号降低5%。此时光栏孔径应比对应光学元件的孔径小了至少20%。
注：在实际测量功率前必须去掉这些光栏。 4.7当光束截面大于探测器表面时，应该使用适当的光学系统缩小光束截面尺寸。此时光学系统应选择与被测激光辐射匹配的波长，测量中要测量并计算吸收/反射/拦光/衍射/偏振损失。如果使用偏振反射器还应考虑激光的偏振态。 4.8当激光光束的功率或功率密度超过探测器的线性范围或损伤阐值时，应使用光学衰减片。 应通过校正，使光学衰减片的波长、偏振、角度依赖关系和非线性、空间非均匀性的影响最小或者消除其影响。 4.9探测器表面和激光与探测器之间的所有光学元件（如偏振元件和衰减器）的损伤阅值（照度，曝光时间，功率和能量)应不低于人射激光束的相应值。
5测试方法
5. 1激光辐射连续功率测试 5. 1. 1 测试装置
5.1. 1. 1小发散角激光辐射连续功率测试
小发散角激光连续功率测试装置见图2，根据激光器的不同类型，选择合适的探测距离，调节激光光束，尽可能使其正人射至探测器中央部位。根据待测激光连续功率范围选择合适的量程。
3 GB/T 13863—2011
1
2
说明： 1——激光器; 2——功率探测器。
图2小发散角激光连续功率测试装置
5.1.1.2大发散角激光辐射连续功率测试
大发散角激光连续功率测试装置见图3，大发散角的激光辐射应该用积分球来收集。收集的辐射光经过积分球表面的多次反射，形成一个正比于人射通量的均匀照度，位于积分球壁上的激光探测器测试该照度。一个高反射率(p>90%)的漫反射屏遮挡探测器以防止探测器直接探测到辐射光。小尺寸待测光源可以伸人积分球内，大尺寸光源只能放在球外，但应尽量靠近输人窗，以便让所有的辐射光都进入积分球。
说明：
一积分球； 2- -探测器；
Y
待测设备； -散射屏。
3-
图3大发散角激光连续功率测试装置
5. 1.2 测试步骤
在给定工作条件下启动激光器，达到稳定工作状态。然后按照被测激光器制造广商对该种被测激光器规定的激光器操作条件进行测试。如无另外声明，至少进行10次独立的测量。 5. 1.3测试结果
根据实际使用的连续工作时间确定激光连续功率测量间隔，测量多次，取其平均值作为激光器的连续功率值见公式（4）。
2P
P=
(4)
m
式中: P; -第次测量的激光连续功率值，单位为瓦（W）
测量次数,m≥10。
m
5.1.4可选用测试设备
在必要时可以在激光器与激光探测器之间加人光束整形，衰减装置和为调整光轴重合而采用的转
4 GB/T 13863—2011
折镜，以及上述光学组件的适当组合。但在计算测量值时应计人它们的校正系数。 5. 2连续激光器输出功率不稳定度测试 5.2.1连续激光器输出功率不稳定度测试 5. 2. 1. 1 测试程序 5.2.1.1.1根据激光器输出参数，选择合适的探测距离，调节激光束，尽可能使其正人射至探测器中央部位。根据待测激光连续功率范围选择合适的量程。 5.2.1.1.2用激光探测器探测被测激光连续功率值，测量持续时间，采样时间间隔，探测系统的时间常数的规定如下：
a） 短期稳定度的测试,整个测量持续时间为 1 ms,每隔 1 μs 采样一次,探测系统的时间常数应该
不大于1/3 μs, b) 中短期稳定度的测试,整个测量持续时间为 1 s,每隔 1 ms 采样一次,探测系统的时间常数应
该不大于1/3ms; c）中期稳定度的测试,整个测量持续时间为 1 min,每隔 1/10 s 采样-一次，探测系统的时间常数
应该不大于1/30S，应该避免激光电源的同步；
d） 长期稳定度的测试,整个测量持续时间为 1 h,每隔 1 s 采样一次,探测系统的时间常数应该不
天于1/3s。
5. 2. 1. 2 测试步骤
在给定工作条件下启动激光器，达到稳定工作状态。然后按照被测激光器制造厂商对该种被测激光器规定的激光器操作条件进行测试。如无另外声明，至少进行10次独立的测量。测试中应记录采样周期内被测激光连续功率的最大值和最小值。 5. 2. 1. 3测试结果
按式(5)和式(6)计算激光连续功率的 n个测量值的平均值和实验标准差。
2 P: P : i=1
(5)
n
式中:
P -n 个测量值的平均值,单位为瓦(W); P一一第i次测量的激光连续功率值，单位为瓦(W); n -m-测量次数,n≥10。
(P: -- P)?
AP.: i1
-(6 )
n-1
式中: △P。一实验标准差，单位为瓦(W)。 再按式(7)计算出连续激光器输出功率不稳定度。
2AP. × 100% P
Ap1
(7)
式中: △p1——连续激光器输出功率不稳定度。
5