《激光設(shè)備光學(xué)部件耐久性分級方法：保護(hù)鏡片》

ICS31.260

CCSL51

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CZRXXXX-202X

激光設(shè)備光學(xué)部件耐久性分級方法:保

護(hù)鏡片

Methodforgradingthedurabilityofoptical

componentsoflaserequipment:Protective

lenses

（征求意見稿）

xxxx-xx-xx發(fā)布xxxx-xx-xx實施

常州市軟件協(xié)會發(fā)布

T/CZRXXXX-202X

激光設(shè)備光學(xué)部件耐久性分級方法:保護(hù)鏡片

1范圍

本文件規(guī)定了激光設(shè)備保護(hù)鏡片產(chǎn)品制定耐久性分級評價標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求、檢測方法和

等級劃分。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于激光設(shè)備保護(hù)鏡片（以下簡稱保護(hù)鏡片）。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期

的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括

所有的修改單)適用于本文件。

GB/T15313-2008激光術(shù)語(ISO11145.2006,MOD)。

GB/T16601.1-2017激光器和激光相關(guān)設(shè)備激光損傷閾值測試方法第1部分:定義

和總則(IS021254-1:2011,MOD)。

GB/T16601.4-2017激光器和激光相關(guān)設(shè)備激光損傷閾值測試方法第4部分:檢

查、探測和測量(ISO/TR21254-4:2011,MOD)。

3術(shù)語與定義

GB/T15313-2008、GB/T16601.1-2017、GB/T16601.4-2017界定的及下列術(shù)語和定

義適用于本文件。

3.1激光設(shè)備laserequipment

激光設(shè)備(也稱激光加工設(shè)備)是激光加工技術(shù)的載體，主要由光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)和數(shù)

控系統(tǒng)組成，以激光器為核心，利用激光加工技術(shù)改造傳統(tǒng)制造業(yè)的設(shè)備。主要產(chǎn)品包括各

類激光打標(biāo)機(jī)、焊接機(jī)、切割機(jī)、劃片機(jī)、雕刻機(jī)、熱處理機(jī)、三維成型機(jī)以及毛化機(jī)等。

3.2保護(hù)鏡片laserprotectionlenses

防止灰塵以及熔渣飛濺損壞激光頭內(nèi)部鏡片的光學(xué)部件。

3.3耐久性endurance

保護(hù)鏡片在壽命期內(nèi)的正常工作條件下，能夠正常運(yùn)行并耐受激光損傷的極限值，在本

篇標(biāo)準(zhǔn)中，保護(hù)鏡片耐久性以激光誘導(dǎo)損傷閾值為準(zhǔn)，激光誘導(dǎo)損傷閾值（Laser-Induced

DamageThreshold，簡稱LIDT）是鏡片能承受的閾值功率密度或閾值能量密度，當(dāng)超過該

值，保護(hù)鏡片將被損壞。

3.41對1測試1-on-1test

在測試樣品表面每個測試點(diǎn)只進(jìn)行一次激光輻照的損傷閾值測試過程。

1

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3.5靶平面targetplane

過入射激光光軸與測試樣品表面的交點(diǎn)，與測試樣品表面相切的平面。

3.6脈寬pulseduration

激光功率維持在一定值時所持續(xù)的時間。

3.7波長wavelength

波在一個振動周期內(nèi)傳播的距離。

3.8有效面積effectivearea

靶平面內(nèi)激光脈沖能量與激光脈沖的最大能量密度的比值。

4要求

4.1測量數(shù)據(jù)的符號及單位

測量數(shù)據(jù)的符號和單位見表1。

表1測量數(shù)據(jù)的符號和單位

序號符號單位名稱

1QJ脈沖能量

2PW功率

3EW/cm2閾值功率密度

4HJ/cm2閾值能量密度

5????cm2靶平面上的有效面積

6????W/cm2最大功率密度

7????J/cm2最大能量密度

4.2檢驗次序

本部分給出的檢驗項目的順序并不限定檢驗的實際次序。既可以先采用脈沖波激光器對

樣品進(jìn)行檢測，也可以先采用連續(xù)波激光器進(jìn)行檢測。

5試驗方法

5.1一般實驗條件

本文件試驗均在下列條件下進(jìn)行。

a）環(huán)境溫度為22℃，-10℃~40℃不影響檢測結(jié)果；

b）相對濕度為45%，30%~80%相對濕度不影響檢測結(jié)果。

5.2激光損傷測試原理

激光損傷測試原理如下圖所示：

2

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說明：

1——激光系統(tǒng)

2——可變衰減器

3——波片

4——匯聚系統(tǒng)

5——光束診斷裝置

6——在線損傷探測器

7——測試樣品室

8——分光鏡

圖1激光損傷測試原理框圖

5.3測試裝置

5.3.1激光器

激光器選擇波長為1064nm、光束直徑為1mm的ND:YAG激光器，對于脈沖激光器，

其重復(fù)頻率為20Hz，脈寬為10ns。

5.3.2可變衰減器和光束傳輸系統(tǒng)

為使激光輸出能量衰減到需要的量級，可外加一個可變衰減器。該衰減器應(yīng)不影響其傳

輸和成像特性。光束傳輸系統(tǒng)和衰減器應(yīng)不影響激光束性能。

5.3.3匯聚系統(tǒng)

會聚系統(tǒng)的放置應(yīng)能夠在靶平面上獲得預(yù)期的光斑形狀，其具體位置和參數(shù)應(yīng)當(dāng)記錄在

測試報告中，有效輻射面積和能量密度的參數(shù)與測試表面的位置有關(guān)，在損傷閾值測試過程

中有效面積應(yīng)不發(fā)生變化。測試環(huán)境應(yīng)避免自聚焦或者產(chǎn)生絲狀損傷。光束采用平頂光束，

測試樣品測試表面應(yīng)放置在焦距為300mm的會聚系統(tǒng)的焦平面上，以便形成大小合適的

光斑。

3

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5.3.4試樣架

測試平臺應(yīng)配備一個調(diào)節(jié)架，在測試樣品的尺寸范圍內(nèi)和測試點(diǎn)之間的距離具有足夠高

的精度，通過他可以精確地調(diào)整對準(zhǔn)測試樣品上的測試點(diǎn)。

試樣架應(yīng)具有測試樣品從試樣架卸下進(jìn)行分析，并且可以重新安裝在相同位置的功能。

5.4測試方法

采用1對1測試法，具體過程如下：

將測試樣品安裝在調(diào)節(jié)架上，入射角為0°。經(jīng)分光鏡對入射激光束進(jìn)行采樣，使采樣激

光束入射到光束診斷裝置，該光束診斷裝置可測定激光束的脈沖能量。

將一臺激光器（要求參照5.3.1）輸出平頂光束激光光源，通過可變衰減器調(diào)整到期望

的脈沖能量或連續(xù)功率，會聚到測試樣品上5s。

對同一生產(chǎn)批次的保護(hù)鏡片抽取20個作為測試樣本，并分為兩組，每組包含10個樣

品。對于第一組，使用連續(xù)波激光器對這10個樣品依次進(jìn)行測試。測試過程中，一旦在線

損傷探測系統(tǒng)檢測到樣品出現(xiàn)損傷，便記錄下發(fā)生損傷時的激光功率，并據(jù)此計算出這一組

樣品的LIDT。同樣的方法，第二組樣品則通過脈沖波激光器進(jìn)行測試，在損傷發(fā)生時記錄

脈沖能量，以此計算該組的LIDT值。

為剔除異常值影響，對第一組的LIDT值進(jìn)行篩選，去除一個最高值和一個最低值后，

使用剩余的8個值計算LIDT平均值。將該平均值對照表2，得出第一組的評分，記為?????。

采用同樣的方法處理第二組樣品，將第二組計算得到的平均值對照表3得出評分，記為?????。

表2連續(xù)波激光器下保護(hù)鏡片LIDT評分

LIDT（W/cm2）

≥500≥400≥200≥100

評分10864

表3脈沖波激光器下保護(hù)鏡片LIDT評分

LIDT（J/cm2）

≥20≥18≥16≥14

評分10864

5.5LIDT計算公式

5.5.1連續(xù)波激光器LIDT

連續(xù)波激光下的保護(hù)鏡片LIDT值計算公式用（1）表示。

?

?=……………………（1）

????

4

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5.5.2脈沖波激光器LIDT

脈沖波激光下的保護(hù)鏡片LIDT值計算公式用（2）表示。

?

?=……………………（2）

????

對于連續(xù)激光，通過對二維功率密度空間分布E(x，y)(功率密度,連續(xù)激光)的積分可

以確定總功率P與最大功率密度????的比值,其中最大功率密度????由光束空間分布

的最大值給出。這一比值定義為光束的有效面積????,用式(3)表示。

∞∞（）

?∫?∞∫?∞??,?????

????==…………………（3）

????????

對于脈沖激光，通過對二維能量密度空間分布H(x,y)(能量密度,脈沖激光)的積分可

以確定總的脈沖能量Q與最大能量密度????的比值，其中最大能量密度????是由光

束空間分布的最大值給出。這一比值即為有效面積????,用式(4)表示。

∞∞（）

?∫?∞∫?∞??,?????

????==…………………（4）

????????

6保護(hù)鏡片耐久性等級劃分

保護(hù)鏡片的耐久性等級共分為四級，其中A級代表最高的耐久性。耐久性等級的確定

遵循以下步驟：首先，依照5.4節(jié)的測試方法對保護(hù)鏡樣品進(jìn)行測試，得到?????和

?????。

其次，將?????和?????加權(quán)平均計算得出?????。鑒于連續(xù)波激光器對保護(hù)鏡片損傷

閾值要求更高，?????在加權(quán)平均中的權(quán)重也相應(yīng)更大，?????的計算公式用（5）表示。

?????=7?????+3?????…………………（5）

最后，將?????值與表4對照，得出該批次測試樣品的耐久性等級。

表4保護(hù)鏡片耐久性等級

A級B級C級D級

綜合評分90≤?????≤10080≤?????＜9060≤?????＜8040≤?????＜60

5

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參考文獻(xiàn)

[1]GB/T15313-2008激光術(shù)語(ISO11145.2006,MOD)。

[2]GB/T16601.1-2017激光器和激光相關(guān)設(shè)備激光損傷閾值測試方法第1部分:定義

和總則(IS021254-1:2011,MOD)。

[3]GB/T16601.1-2017激光器和激光相關(guān)設(shè)備激光損傷閾值測試方法第2部分:閾值

確定(ISO21254-2:2011,MOD)。

[4]GB/T16601.4-2017激光器和激光相關(guān)設(shè)備激光損傷閾值測試方法第4部分:檢

查、探測和測量(ISO/TR21254-4:2011,MOD)。

[5]GB/T1185光學(xué)零件表面疵病(GB/T1185-2006,ISO10110-7:1996,NEQ)。

[6]GB/T26599.1激光和激光相關(guān)設(shè)備激光光束寬度、發(fā)散角和光束傳輸比的試驗方法

第