ICS 31.260 L 51
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T27666—2011
制造用激光器光束质量的评价和测试方法
Evaluation and test method for beam quality of manufacturing laser system
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/T27666—2011
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 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：北京工业大学激光工程研究院、国家产学研激光技术中心、中国电子科技集团公
司第十一研究所。
本标准主要起草人：左铁训、陈虹、王旭葆、赵鸿。
H GB/T27666-2011
制造用激光器光束质量的评价和测试方法
1范围
本标准规定了工业制造用大功率激光器光束质量的评价参数计算和测试方法。 本标准适用于工业制造用各种连续激光器。
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。
GB7247.1激光产品的安全第1部分：设备分类、要求和用户指南 GB/T15313--2008激光术语 ISO11146-1激光和激光相关设备激光束宽度、发散角和束扩散率的试验方法第1部分：无
象散和简单象散束（Lasersandlaser-relatedequipment—Testmethodsforlaserbeamwidths，diver gence angles and beam propagation ratiosPartl:Stigmatic and simple astigmatic beams)
3术语和定义
GB/T15313确立的以及下列术语和定义适用于本文件。为了便于使用，以下重复列出了 GB/T15313的某些术语和定义。 3. 1
光束直径 beamdiameter du 在垂直光束轴平面内，内含功率（或能量）占光束总功率（或能量）规定比例（u%）的最小孔径的直
径。当u=86.5%时，下角标可省去。
注：为了明确，光束直径的标识要将符号及其适合的下标一起使用，即：d,或d。。 [GB/T15313—2008，定义2.1.49.1］
3.2
束腰直径 beamwaistdiameter do.. 束腰位置处的内含功率（或能量）定义的光束直径d.。 注：为了明确，束腰直径的标识要将符号及其适合的下标一起使用，即：do.或d。。 [GB/T15313—2008,定义2.1.53.1］
3. 3
光束宽度beamwidths dr.r,dys 分别在两所选的相互正交且垂直于光束轴的和少方向上，内含功率（或能量）占总功率（或能量）
规定比例(u%)的最小宽度。
注1：所选最小方向由最小束宽及其正交方向确定，注2：对于圆形高斯光束，dz.95.4=d88.5 注3：为了明确，光束宽度的标识要将符号及其适合的下标一起使用，即，d，d，或da.dg。
1 GB/T27666—2011
[GB/T153132008,定义2.1.57.1]］
3. 4
束腰宽度beamwaistwidths dzo.usdyo.. 在和y方向上，束腰位置处基于内含功率（或能量)定义的光束宽度d和dy。 注：为了明确，束腰宽度的标识要将符号及其适合的下标一起使用，即；dz，d或ddeo。 [GB/T15313—2008,定义2.1.55.1]
3. 5
束散角divergenceangle O..Oa:O.y 光束宽度[内含功率(或能量)定义的在远场增大形成的渐进锥面所构成的全角度。 注1：对圆截面，光束宽度为光束直径d。对于非圆截面，束散角分别由相应的工方向和y方向的光束宽度d.和
dy.决定。
注2：当规定束散角时，应使用下标说明相关的光束宽度，如①z,5e说明光束宽度为d,50。 注3：这里坐标系的定义和光束宽度的定义不包括一般像散情况。 注4：为了明确，束散角的表示要将符号及其适合的下标一起使用，即：，，?，或?.，，③。 ［GB/T15313—2008,定义2.1.65.1］
3.6
束散半角halfdivergenceangle Ou,O，Ooy 光束宽度内含功率（或能量)定义的］在远场增大形成的渐进锥面所构成的半角度。 注1：对圆截面，光束宽度为光束直径d。对于非圆截面，束散半角分别由相应的工方向和方向的光束宽度d
和d决定。
注2：当规定束散角时，应使用下标说明相关的光束宽度，如9=,5说明光束宽度为dz.50。 注3：这里坐标系的定义和光束宽度的定义不包括一般像散情况。 注4：为了明确，束散角的表示要将符号及其适合的下标一起使用，即：8,，，，或0.，，8。
3.7
光束聚焦特征参数值beamfocuscharacterizingparameter Kf 光束束腰直径（或光束束腰宽度)与束散角的乘积的1/4[见式（1)]，即：
K, - do@.
(1 )
4
式中： K，—光束聚焦特征参数值，单位为毫米毫弧度（mm·mrad)； do—光束束腰直径，单位为毫米（mm）； ?u 一一束散角，单位为毫弧度（mrad)。
4光束质量评价
4.1评价参数
用光束聚焦特征参数值K，评价本标准适用的激光器的光束质量，相关信息参见附录A。 4.2 2光束参数的计算
将沿光束传输路径上由测试所得的光束直径结果拟合出位置和光束直径二次双曲线，然后根据双
2 GB/T27666-2011
5.2测试设备
除非另有规定，测试设备应采用基于空心探针测试原理的设备，光探测器的波长范围应与待测激光波长相匹配，其测试范围应能够满足待测激光的能量密度阈值。应注意光学器件的承受能力，允许在测试设备上采用保护装置，但不应该影响测试准确度。 5.3安全防护
为了保障工作人员的安全，对高压、激光辐射应有相应的防护措施，应按照GB7247.1的要求采取安全防护措施。
6光束质量的测试方法
6.1测试原理
测试原理见图2，测试系统见图3，相关信息参见附录A。
10
1i b）测试示意图
S
a) 探测器示意图
说明：
平动；一转动；一激光束；一小孔，
探测器； 10- 第一反射面； 11- 中空管； 12- 一第二反射面。
A
光束截面；
5- 6- 7 8-
9-
2 探针； 3. 扫描线； 4- 一小孔；
图2 空心探针扫描测试原理示意图
2
1
4
说明：
被测激光；
1 2 ~- -光束光斑质量诊断仪； 3 4.
吸收体；计算机。
图3测试系统示意图
4 GB/T27666—2011
6.2测试准备
除非另有规定，在测试前应按照详细规范的要求选取合适的测试仪器，并按下列要求做好准备： a) 符合第5章所规定的测试条件和要求； b) 按测试系统方框图组成测试系统； c） 根据被测激光器的波长及功率选择合适的探测器和探针； d) 确认冷却系统已经准备就绪。
6.3测试步骤
测试步骤如下： a）将氮氛指示光置于测试仪示意位置后关闭氮氛激光。启动光束光斑质量诊断仪，启动激光器
对测试点Z处光束横截面的能量（或功率)分布进行预测试，根据预测试结果选择合适的测试窗口和增益值；
b) 在预测试基础上开始正式测试，记录计算机上显示的光束直径，每个位置测试次数≥5次，取
平均值作为该测试位置光束直径值； c） 每次改变光斑或者测试仪的位置，都要重复上两个步骤。至少要测试10个位置，接近一半的
数据要在束腰一侧瑞利长度范围内采集，还要有接近一半的数据在束腰一侧2倍瑞利范围外采集。
6.4测试结果
按4.2进行计算。
7测试报告
测试报告应包括以下内容： a）测试时间、地点、被测激光器的情况，包括被测激光器的生产商、型号、波长、功率； b) 测试所选用的探测器和探针的情况，包括探测器种类、探针类型及探针孔径； c) 初始测试输入条件，包括测试位置、窗口、增益值的选择； d) 测试数据按照4.2进行计算的结果。