JJF 2170-2024 激光光束分析儀校準(zhǔn)規(guī)范

中華人民共和國國家計(jì)量技術(shù)規(guī)范JJF2170—2024激光光束分析儀校準(zhǔn)規(guī)范CalibrationSpecificationforLaserBeamAnalyzers2024-10-19發(fā)布2025-04-19實(shí)施國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)布JJF2170—2024激光光束分析儀校準(zhǔn)規(guī)范CalibrationSpecificationforLaserBeamAnalyzers→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→ →→→→→→→→→→→→→→歸口單位:全國光學(xué)計(jì)量技術(shù)委員會(huì)主要起草單位:中國計(jì)量科學(xué)研究院深圳市計(jì)量質(zhì)量檢測研究院參加起草單位:上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院江蘇省計(jì)量科學(xué)研究院本規(guī)范委托全國光學(xué)計(jì)量技術(shù)委員會(huì)負(fù)責(zé)解釋JJF2170—2024本規(guī)范主要起草人:馬沖(中國計(jì)量科學(xué)研究院)李向召(深圳市計(jì)量質(zhì)量檢測研究院)鄧玉強(qiáng)(中國計(jì)量科學(xué)研究院)參加起草人:張?jiān)迄i(中國計(jì)量科學(xué)研究院)夏銘(上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院)麻云鳳(中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院)張帆(江蘇省計(jì)量科學(xué)研究院)JJF2170—2024Ⅰ引言 1范圍 (1)2引用文件 (1)3術(shù)語 (1)4概述 (2)5計(jì)量特性 (2)6校準(zhǔn)條件 (3)6.1環(huán)境條件 (3)6.2測量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備 (3)7校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法 (3)7.1校準(zhǔn)項(xiàng)目 (3)7.2校準(zhǔn)前準(zhǔn)備 (3)7.3校準(zhǔn)方法 (3)8校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá) (6)9復(fù)校時(shí)間間隔 (7)附錄A校準(zhǔn)原始記錄參考格式 (8)附錄B校準(zhǔn)證書內(nèi)頁推薦格式 (9)附錄C校準(zhǔn)結(jié)果不確定度評定示例 (10)附錄D光束空域參數(shù)部分術(shù)語 (12)JJF2170—2024ⅡJJF1059.1《測量不確定度評定與表示》、JJF1032—2005《光學(xué)輻射計(jì)量名詞術(shù)語及定義》共同構(gòu)成本規(guī)范制定的基礎(chǔ)性系列規(guī)范。本規(guī)范為首次發(fā)布。JJF2170—20241激光光束分析儀校準(zhǔn)規(guī)范1范圍本規(guī)范適用于光束寬度(0.2~10)mm范圍內(nèi)激光光束分析儀的校準(zhǔn)。其他光束寬度范圍的激光光束分析儀校準(zhǔn)可參照本規(guī)范執(zhí)行。2引用文件本規(guī)范引用了下列文件:GB/T13739—2011激光光束寬度、發(fā)散角的測試方法以及橫模的鑒別方法GB/T15313—2008激光術(shù)語GB/T26599.1—2011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(yàn)方法第1部分:無像散和簡單像散光束凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本規(guī)范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)范。3術(shù)語GB/T13739—2011、GB/T15313—2008和GB/T26599.1—2011界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本規(guī)范。3.1光束寬度beamwidth分別在兩個(gè)所選的相互正交且垂直于光束軸的X'和Y'方向上,光束截面內(nèi)含功率(或能量)占總功率(或能量)規(guī)定比例(u%)的區(qū)域的最小寬度。注:1所選方向由最小寬度及其正交方向確定。2在X'和Y'方向上的光束寬度分別用符號dX',u(z)和dY',u(z)表示。3對于圓形高斯光束,dX',95.8=d86.5。4為了明確,光束寬度的標(biāo)識要將符號及其適合的下標(biāo)一起使用,即dX',u,dY',u,dσX',dσY',其中d3對于圓形高斯光束,dX',95.8=d86.5。[來源:GB/T15313—2008,2.1.57.1,有修改]3.2光束傳輸比beampropagationratio沿著簡單像散光束主軸的光束參數(shù)積或無像散光束的光束參數(shù)積與相同波長λ的衍射極限的理想高斯光束(TEM00模)光束參數(shù)積之比。對于簡單像散光束,沿著光束主軸X'和Y'方向上的光束傳輸比分別用符號M'和M'表示,見式(1)和式(2)。(1)(2)JJF2170—20242式中:λ—激光波長;dσX'0—x方向的束腰光束寬度;θσX'—x方向的光束發(fā)散角;dσY'0—y方向的束腰光束寬度;θσY'—y方向的光束發(fā)散角。對于無像散光束,光束傳輸比分別用符號M2表示,見式(3)。(3)式中:dσ0—無像散光束的束腰直徑;θσ—無像散光束的光束發(fā)散角。注:1光束參數(shù)積的定義見附錄D.22。2對于無像散光束和簡單像散光束,只要相關(guān)光學(xué)元件不改變光束的無像散或簡單像散特性,光束傳輸比是傳輸不變量。[來源:GB/T26599.1—2011,3.16;GB/T13739—2011,3.7,有修改]4概述激光光束分析儀是測量激光空域參數(shù)特性的儀器,用于激光光束截面的相對功率(或能量)空域分布、光束寬度、光束傳輸比等參數(shù)的測量。激光光束分析儀主要有兩種類型:一種用于測量激光光束寬度或光束直徑,叫激光光束輪廓儀,簡稱光束輪廓儀;另一種用于測量激光光束傳輸比,叫激光光束質(zhì)量分析儀,簡稱光束質(zhì)量分析儀。二者統(tǒng)稱激光光束分析儀,簡稱光束分析儀。光束輪廓儀由探測器和數(shù)據(jù)采集分析軟件組成。探測器分為陣列式探測器、狹縫掃描式探測器和刀口掃描式探測器等,其中陣列式探測器較為常見,如CCD。探測器主要用于測量激光束橫截面內(nèi)的功率密度分布。數(shù)據(jù)采集分析軟件采集、存儲、分析、顯示測量數(shù)據(jù),并使用不同算法計(jì)算光束寬度。光束寬度的計(jì)算方法主要有4σ法、移動(dòng)刀口法或移動(dòng)狹縫法等。光束質(zhì)量分析儀由陣列式探測器、狹縫掃描式探測器、刀口掃描式探測器等光束輪廓儀和導(dǎo)軌掃描系統(tǒng)構(gòu)成,通過基于沿傳播光束不同位置的光束寬度測量光束束腰寬度和遠(yuǎn)場發(fā)散角等信息,與基模束腰寬度與遠(yuǎn)場發(fā)散角乘積相比,測量光束傳輸比。5計(jì)量特性光束寬度示值相對誤差:不超過±8%;光束傳輸比示值相對誤差:不超過±10%。注:以上指標(biāo)不適用于符合性判定,僅供參考。JJF2170—202436校準(zhǔn)條件6.1環(huán)境條件6.1.1環(huán)境溫度:(23±5)℃,校準(zhǔn)期間內(nèi)溫度變化不大于±2℃。6.1.2相對濕度:≤75%,校準(zhǔn)期間內(nèi)相對濕度變化不大于±3%。6.1.3背景輻射:在暗室操作,或?qū)Ρ尘拜椛洳扇∑帘未胧?如緊貼探測器加濾光器等。6.1.4其他:校準(zhǔn)區(qū)域內(nèi)無可感覺到的空氣波動(dòng)、熱輻射,無影響測量數(shù)據(jù)的振動(dòng)和電磁干擾。6.2測量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備6.2.1標(biāo)準(zhǔn)光束分析儀a)光束寬度測量范圍:(0.2~10)mm;6.2.)輸比測量不確定度:Urel≤3%(k=6.2.)輸比測量不確定度:Urel≤3%(k=2)。a)橫模模式:TEM00基橫模;注:盡量選用無像散光束的激光器,例如光束質(zhì)量良好的氦氖激光器;對于特殊校準(zhǔn)波長,可選用簡單像散光束的激光器。b)工作方式:連續(xù)波輸出;c)光束寬度范圍(可配擴(kuò)束器或縮束器):(0.2~10)mm;d)光束寬度不穩(wěn)定度:優(yōu)于±1%/h。6.2.3光學(xué)元件校準(zhǔn)使用的擴(kuò)束器、縮束器、衰減器等光學(xué)元件本身,及其產(chǎn)生的透射、反射、衍射等效應(yīng),應(yīng)對光束功率密度分布無明顯影響,衰減器應(yīng)對光束寬度測量結(jié)果無明顯影響。7校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法7.1校準(zhǔn)項(xiàng)目光束寬度示值相對誤差、光束傳輸比示值相對誤差。7.2校準(zhǔn)前準(zhǔn)備檢查被校光束分析儀是否有影響測量的劃痕、損傷以及其他缺陷;檢查與計(jì)算機(jī)連接的信號線或圖像卡,說明書及配套軟件是否齊全;安裝軟件,連接被校光束分析儀和計(jì)算機(jī),查看被校光束分析儀是否工作正常;確認(rèn)被校光束分析儀光譜響應(yīng)范圍覆蓋校準(zhǔn)用激光波長。7.3校準(zhǔn)方法7.3.1校準(zhǔn)裝置框圖校準(zhǔn)裝置框圖見圖1。JJF2170—20244圖1校準(zhǔn)裝置框圖7.3.2光束寬度校準(zhǔn)方法7.3.2.1校準(zhǔn)步驟a)打開激光器,預(yù)熱,使激光器進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)。b)當(dāng)入射激光功率密度超過探測器損傷閾值或工作范圍時(shí),應(yīng)使用衰減器降低入射激光功率。應(yīng)保證探測器接收面足夠大,可接收整個(gè)光束橫截面,因接收面大小不足引起的未接收的功率應(yīng)不超過總功率的1%,采用4σ法時(shí)接收面直徑應(yīng)大于光束最大寬度的2倍。c)將標(biāo)準(zhǔn)光束分析儀放入光路,并調(diào)整使激光束垂直入射至探測器接收面,記錄接收面在光束傳輸軸上的位置。d)用擋屏遮擋入射激光,采集背景圖像。移去擋屏,連續(xù)采集圖像。當(dāng)圖像信號過弱或飽和時(shí),通過調(diào)整衰減器衰減量或探測器參數(shù),至入射激光信號強(qiáng)度合適,信號峰值應(yīng)不低于探測器動(dòng)態(tài)范圍的50%。采集一幀或多幀圖像。選擇光束寬度算法,測量光束寬度。e)用被校光束分析儀替換標(biāo)準(zhǔn)光束分析儀,保證被校光束分析儀接收面在傳輸軸上的位置與標(biāo)準(zhǔn)光束分析儀探測器接收面位置相同。對于陣列式探測器的光束分析儀,探測器接收面為陣列探測器敏感面;對于狹縫掃描式探測器和刀口掃描式探測器的光束分析儀,探測器接收面為刀口或狹縫所在平面。按照步驟c),步驟d)調(diào)整探測器位置,采集圖像數(shù)據(jù),并選擇與步驟d)中相同的算法測量光束寬度。f)重復(fù)步驟c)~步驟e)交替測量不少于3次,并記錄每一次的測量結(jié)果。g)在圖1所示的校準(zhǔn)裝置框圖中加入擴(kuò)束器/縮束器,改變光束寬度,重復(fù)步驟b)~步驟f),在(0.2~10)mm光束寬度范圍內(nèi)選取合適的光束寬度對被校光束分析進(jìn)行校準(zhǔn),校準(zhǔn)時(shí)注意標(biāo)準(zhǔn)光束分析儀和被校光束分析儀探測器接收面位置相同。注:對于簡單像散光束,應(yīng)對兩個(gè)主軸方向分別進(jìn)行校準(zhǔn),并保證標(biāo)準(zhǔn)光束分析儀和被校光束分析儀的光束寬度測量方向一致。7.3.2.2數(shù)據(jù)處理a)標(biāo)準(zhǔn)光束分析儀測得的X軸方向和Y軸方向光束寬度平均值分別按式(4)和式(5)計(jì)算:dX,s=dX,s,i(n≥3)(4)JJF2170—20245式中:dX,s,i—第i次測量的X軸方向光束寬度標(biāo)準(zhǔn)值;dY,s,i—第i次測量的Y軸方向光束寬度標(biāo)準(zhǔn)值;n—測量次數(shù)。b)被校光束分析儀測得的X軸方向和Y軸方向光束寬度平均值分別按式(6)和式(7)計(jì)算:ii式中:dX,dut,i—第i次測量的X軸方向光束寬度被校示值;dY,dut,i—第i次測量的Y軸方向光束寬度被校示值。c)被校光束分析儀X軸方向和Y軸方向光束寬度的示值相對誤差分別按式(8)和式(9)計(jì)算:X=×100%(8)Y=×100%(9)d)被校光束分析儀X軸方向和Y軸方向光束寬度的修正因子分別按式(10)和式(11)計(jì)算:Cd,X=(10)Cd,Y=(11)7.3.3光束傳輸比校準(zhǔn)方法7.3.3.1校準(zhǔn)步驟a)打開激光器,預(yù)熱,使激光器進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)。b)當(dāng)入射激光功率密度超過探測器損傷閾值或工作范圍時(shí),應(yīng)使用衰減器降低入射激光功率。應(yīng)保證探測器接收面足夠大,可接收整個(gè)光束橫截面,因接收面大小不足引起的未接收的功率應(yīng)不超過總功率的1%,采用4σ法時(shí)接收面直徑應(yīng)大于光束最大寬度的2倍。c)將標(biāo)準(zhǔn)光束分析儀放入光路,并調(diào)整使激光束垂直入射至探測器接收面。當(dāng)圖像信號過弱或飽和時(shí),通過調(diào)整衰減器衰減量或探測器參數(shù),至入射激光信號強(qiáng)度合適。用標(biāo)準(zhǔn)光束分析儀測量光束傳輸比標(biāo)準(zhǔn)值,測量時(shí)至少測量10個(gè)不同位置的光束寬度,且至少有5個(gè)測量位置處于其瑞利長度范圍內(nèi),至少有3個(gè)測量位置處于其瑞利JJF2170—20246長度范圍外。d)用被校光束分析儀替換標(biāo)準(zhǔn)光束分析儀,并調(diào)整使激光束垂直入射至探測器接收面,當(dāng)圖像信號過弱或飽和時(shí),通過調(diào)整衰減器衰減量或探測器參數(shù),至入射激光信號強(qiáng)度合適。用被校光束分析儀測量光束傳輸比測量示值,測量時(shí)至少測量10個(gè)不同位置的光束寬度,且至少有5個(gè)測量位置處于其瑞利長度范圍內(nèi),至少有3個(gè)測量位置處于其瑞利長度范圍外。e)重復(fù)步驟c)、步驟d)交替測量不少于3次,并記錄每一次的測量結(jié)果。注:對于簡單像散光束,應(yīng)對兩個(gè)主軸方向分別進(jìn)行校準(zhǔn),并保證標(biāo)準(zhǔn)光束分析儀和被校光束分析儀的光束寬度測量方向一致。7.3.3.2數(shù)據(jù)處理a)標(biāo)準(zhǔn)光束分析儀測得的光束傳輸比平均值按式(12)和式(13)計(jì)算:ii式中:M,s,i—第i次測量的X軸方向光束傳輸比標(biāo)準(zhǔn)值;M,s,i—第i次測量的Y軸方向光束傳輸比標(biāo)準(zhǔn)值。b)被校光束分析儀測得的光束傳輸比平均值按式(14)和式(15)計(jì)算:ii式中:M,dut,i—第i次測量的X軸方向光束傳輸比被校示值;M,dut,i—第i次測量的Y軸方向光束傳輸比被校示值。c)被校光束分析儀光束傳輸比的示值相對誤差按式(16)和式(17)計(jì)算:2X=×100%(16)2Y=×100%(17)d)被校光束分析儀光束傳輸比的修正因子按式(18)和式(19)計(jì)算:CM2X=(18)CM2Y=(19)8校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)校準(zhǔn)結(jié)果應(yīng)在證書中反映。校準(zhǔn)證書應(yīng)至少包括以下信息:JJF2170—20247a)標(biāo)題:“校準(zhǔn)證書”;b)實(shí)驗(yàn)室名稱和地址;c)進(jìn)行校準(zhǔn)的地點(diǎn)(如果與實(shí)驗(yàn)室的地址不同);d)證書的唯一性標(biāo)識(如編號),每頁及總頁數(shù)的標(biāo)識;e)客戶的名稱和地址;f)被校對象的描述和明確標(biāo)識;g)進(jìn)行校準(zhǔn)的日期,如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時(shí),應(yīng)說明被校對象的接收日期;h)如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時(shí),應(yīng)對被校樣品的抽樣程序進(jìn)行說明;i)對校準(zhǔn)所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標(biāo)識,包括名稱及代號;j)本次校準(zhǔn)所用測量標(biāo)準(zhǔn)的溯源性及有效性說明;k)校準(zhǔn)環(huán)境的描述;1)校準(zhǔn)結(jié)果及其測量不確定度的說明;m)對校準(zhǔn)規(guī)范的偏離的說明;n)校準(zhǔn)證書簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效標(biāo)識;o)校準(zhǔn)結(jié)果僅對被校對象有效的聲明;p)未經(jīng)實(shí)驗(yàn)室書面批準(zhǔn),不得部分復(fù)制證書的聲明。9復(fù)校時(shí)間間隔建議復(fù)校時(shí)間間隔不超過1年。由于復(fù)校時(shí)間間隔的長短是由儀器的使用情況、使用者、儀器本身質(zhì)量等諸多因素所決定的,因此送校單位可根據(jù)實(shí)際使用情況自主決定復(fù)校時(shí)間間隔。更換重要部件、維修、重新安裝或?qū)x器性能有懷疑時(shí),應(yīng)隨時(shí)送校。JJF2170—20248附錄A校準(zhǔn)原始記錄參考格式原始記錄編號: 儀器名稱:制造廠家: 儀器型號/出廠編號:分析軟件名稱: 送校單位名稱:送校單位地址: 聯(lián)系人:聯(lián)系電話: 送校日期:校準(zhǔn)日期:1外觀及功能檢查:□正常□缺陷備注:2環(huán)境條件地點(diǎn):溫度:℃相對濕度:%背景輻射屏蔽措施:□暗室□探測器前加衰減器□其他說明:3校準(zhǔn)使用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)及配套設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)光束分析儀:型號/出廠編號:配套分析軟件名稱:證書編號:有效期至:激光器:激光器類型:輸出波長:光束形狀:□圓光束□橢圓光束其他光學(xué)元件使用情況說明:4校準(zhǔn)數(shù)據(jù)記錄光束寬度計(jì)算時(shí),標(biāo)準(zhǔn)與被校光束分析儀使用的坐標(biāo)系是否一致:□是□否標(biāo)準(zhǔn)使用的束寬算法:□4σ法□90%~10%刀口法□86%~14%刀口法□狹縫法被測使用的束寬算法:□4σ法□90%~10%刀口法□86%~14%刀口法□狹縫法光束分析儀校準(zhǔn)數(shù)據(jù)記錄測量次數(shù)標(biāo)準(zhǔn)光束分析儀光束寬度/光束傳輸比標(biāo)準(zhǔn)值被校光束分析儀光束寬度/光束傳輸比測量示值X軸Y軸X軸Y軸123平均值示值相對誤差修正因子測量不確定度校準(zhǔn)員:核驗(yàn)員:JJF2170—20249附錄B校準(zhǔn)證書內(nèi)頁推薦格式證書編號:校準(zhǔn)波長:參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值被校示值示值相對誤差修正因子不確定度dXdYMM備注1.光束寬度算法:標(biāo)準(zhǔn)采用被測采用;2.光束寬度測量的方向:dX,dY分別指入射光束主軸方向的光束寬度;3.光束傳輸比測量的方向:M,M分別指入射光束主軸方向的光束傳輸比;4.示值相對誤差=被校示值-標(biāo)準(zhǔn)值;5.修正因子=標(biāo)準(zhǔn)值/被校示值。校準(zhǔn)日期:年月日檢定員:核驗(yàn)員:JJF2170—2024附錄C校準(zhǔn)結(jié)果不確定度評定示例C.1測量模型被校光束分析儀光束寬度示值相對誤差表示見式(C.1):·f×100%(C.1)被校光束分析儀光束寬度修正因子表示見式(C.2):(C.2)式中:ds—標(biāo)準(zhǔn)光束分析儀光束寬度測量標(biāo)準(zhǔn)值;ddut—被校光束分析儀光束寬度測量示值;f—由于標(biāo)準(zhǔn)、被測探測器接收面放置位置、方向不同引入的修正因子。C.2不確定度來源C.2.1標(biāo)準(zhǔn)光束分析儀光束寬度測量標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)光束分析儀光束寬度測量標(biāo)準(zhǔn)值不確定度由上級溯源證書給出。證書給出的相不確定度為:對擴(kuò)展不確定度Urel=2.0%(k=不確定度為: C.2.2被校光束分析儀光束寬度測量重復(fù)性 用被校光束分析儀進(jìn)行6次獨(dú)立重復(fù)測量,平均值為ddut輸入量估計(jì)值,其相對實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差s(ddut)作為估計(jì)值引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度:C.2.3標(biāo)準(zhǔn)與被校光束分析儀位置差異引入的不確定度被校光束分析儀6次測量數(shù)據(jù)的平均值ddut=1.261mm,ur=0.8%C.2.3標(biāo)準(zhǔn)與被校光束分析儀位置差異引入的不確定度光束寬度測量過程中,應(yīng)盡量保持標(biāo)準(zhǔn)和被測探測器接收面處于光路相同位置,但由于大多探測器接收面并非在探測器外表面,檢測人員對于標(biāo)準(zhǔn)和被測探測器接收面位置的判斷會(huì)出現(xiàn)誤差,如果測量光束發(fā)散角較大,該誤差會(huì)對測量結(jié)果帶來較大影響。校準(zhǔn)中光束發(fā)散角為1.00mrad,位置偏移的最大偏差為±2.5mm,計(jì)算可得出位置不同引入的光束寬度最大偏差為±2.5μm,最大相對偏差為±0.2%。標(biāo)準(zhǔn)和被測探測器接收面位置不同的修正因子f服從矩形分布,置信區(qū)間半寬為10a=0.2%,k=引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:10JJF2170—202411≈0.1%C.2.4標(biāo)準(zhǔn)與被校光束分析儀方向差異引入的不確定度光束寬度測量過程中,盡量保持標(biāo)準(zhǔn)和被測探測器接收面都垂直于入射光束進(jìn)行測量。若標(biāo)準(zhǔn)或被測探測器接收面不垂直于入射光束,則測量的光束寬度會(huì)產(chǎn)生余弦誤差。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)或被測探測器接收面法線與入射光束夾角為2°時(shí),余弦誤差為0.06%。標(biāo)準(zhǔn)或被測探測器接收面不垂直于入射光束的修正因子f服從三角分布,置信區(qū)間半寬為a=0.06%,k=引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:≈0.03%C.2.5不確定度匯總以上各不確定度分類匯總表如表C.1所示。表C.1不確定度匯總表不確定度來源評定方法引入的不確定度分量標(biāo)準(zhǔn)光束分析儀光束寬度測量標(biāo)準(zhǔn)值B1.0%被校光束分析儀光束寬度測量重復(fù)性A0.8%標(biāo)準(zhǔn)與被校光束分析儀位置差異B0.1%標(biāo)準(zhǔn)與被校光束分析儀方向差異B0.03%C.3合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度表C.1中的各不確定度分量互不相關(guān),合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc為:U=kuc,rel=2.6%U=kuc,rel=2.6%JJF2170—202412附錄D光束空域參數(shù)部分術(shù)語D.1實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系laboratorycoordinatesystemX,Y,Z軸規(guī)定了實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)軸系統(tǒng)的正交空間方向,并應(yīng)由用戶指定。習(xí)慣上Z軸與光束軸重合,X軸和Y軸是橫截軸,通常分別對應(yīng)于水平方向和垂直方向。Z軸的原點(diǎn)位于制造商定義的X-Y參考面,例如激光器外殼的前端面。[來源:GB/T26599.1—2011,4;GB/T13739—2011,3.1,有修改]D.2測量平面measurementplane在軸向位置進(jìn)行光束功率(或能量)密度分布測量的X-Y平面。[來源:GB/T13739—2011,3.2]D.3功率密度分布的一階矩firstordermomentsofpowerdistribution光束橫截面功率密度分布的質(zhì)心坐標(biāo)。在測量平面內(nèi)光束的功率(或能量)密度分布的一階矩表示為:(D.1)(D.2)式中:E(x,y,z)—功率(或能量)密度分布。注:對于實(shí)際應(yīng)用,無限積分簡化為有限積分。[來源:GB/T26599.1—2011,3.1;GB/T13739—2011,3.4,有修改]D.4功率(或能量)密度分布的二階矩secondordermomentsofpowerdistribution功率或能量密度分布上的歸一化加權(quán)積分,表示為:x2=(D.3)y2=(D.4)JJF2170—2024注:1對于實(shí)際應(yīng)用,無限積分簡化為有限積分。2σy(z)只是一種符號表示,并不是真正的平方。該量可以取正、負(fù)或零值。3角括號<>是運(yùn)算符號。[來源:GB/T26599.1—2011,3.2;GB/T13739—2011,3.5,有修改]D.5功率密度分布的主軸principalaxesofapowerdensitydistribution基于光束橫截面上功率密度分布中心二階矩的最大和最小光束范圍的軸。注:最大和最小光束范圍的軸總是相互垂直的。[來源:GB/T26599.1—2011,3.3]D.6主軸坐標(biāo)系principalaxescoordinatesystem定義測量平面內(nèi)光束功率密度分布的主軸坐標(biāo)系的X',Y',Z軸規(guī)定空間三個(gè)正交方向,其X'軸是和實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系的X軸接近的光束寬度最大或最小的方向。如果X'和X軸的夾角為±45°,則X'軸是最大光束寬度的方向。[來源:GB/T13739—2011,3.3]D.7功率密度分布的取向orientationofapowerdensitydistribution實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系的X軸和靠近X軸的功率密度分布的主軸之間的夾角,用符號φ表示。注:若φ≠π/4,則-π/4<φ<π/4;若φ=±π/4,則φ為X軸與功率密度分布主要主軸(最大光束范圍對應(yīng)的主軸)之間的夾角。[來源:GB/T26599.1—2011,3.4,有修改]D.84σ法4σmethod光束寬度的一種計(jì)算方法。該計(jì)算方法定義光束寬度為沿著主軸坐標(biāo)系的Z軸方向的橫截面上,光束功率密度分布的中心二階矩平方根的4倍。式中:σx'—功率(或能量)密度分布在主軸X方向的中心二階矩平方根。dσx'(式中:σx'—功率(或能量)密度分布在主軸X方向的中心二階矩平方根。式中:σy'—功率(或能量)密度分布在主軸Y方向的中心二階矩平方根。dσy'(式中:σy'—功率(或能量)密度分布在主軸Y方向的中心二階矩平方根。σx'(z),σy'(z)積分方向?yàn)楣馐β拭芏确植嫉闹鬏S方向,若二階矩積分方向?yàn)閷?shí)驗(yàn)室坐標(biāo)軸X,Y方向,光束寬度dσx'(z),dσy'(z)用式(D.8)和式(D.9)計(jì)算:dσy'(zdσy'(z)=22(σ+σ)-γ(σ-σ)2+4(σy)2(D.9)13JJF2170—202414其中,γ=sgn(D.10)注:dσx'(z)為較大的光束寬度。[來源:GB/T13739—2011,3.6;GB/T15313—2008,2.1.57.2,有修改]D.9移動(dòng)刀口法movingknifeedgemethod光束寬度的一種計(jì)算方法。對于高斯光束,通過移動(dòng)刀口切割光束,記錄未遮擋部分的光束功率分別下降到總功率的p%和(1-p%)時(shí)所對應(yīng)的刀口位置x1,x2,光束寬度dk用式(D.11)計(jì)算:dk=A·x2-x1(D.11)式(Ddk=A·x2-x1(D.11)表D.1高斯光束功率下降到不同的p%和(1-p%)時(shí)所對應(yīng)的系數(shù)Ap%~(1-p%)95%~5%90%~10%85%~15%80%~20%75%~25%70%~30%65%~35%60%~40%55%~45%A1.2171.5601.9312.3752.9673.8175.1817.87415.873通。常采用下降到總功率的90%~10%的計(jì)算方法。例如,90%~10%移動(dòng)刀口法算法為dk通。常采用下降到總功率的90%~10%的計(jì)算方法。D.10移動(dòng)狹縫法movingslitmethod光束寬度的一種計(jì)算方法。對于高斯光束,通過移動(dòng)狹縫掃描光束,記錄透過狹縫功率為最大透過功率13.5%時(shí)所對應(yīng)的狹縫位置x1,x2。光束寬度ds用式(D.12)計(jì)算:D.11功率密度分布的橢圓度ellipiywerdensitydistribution(D.12)最小光束寬度和最大光束寬度之比,用符號ε表示。(D.13)式中:dσs—最小光束寬度;dσl—最大光束寬度。[來源:GB/T15313—2008,2.1.58;GB/T26599.1—2011,3.6;GB/T13739—2011,3.6,有修改]D.12圓功率密度分布circularpowerdensitydistribution橢圓度大于0.87時(shí)的功率密度分布。[來源:GB/T15313—2008,2.1.59;GB/T26599.1—2011,3.7,有修改]D.13光束直徑beamdiameter以二階矩為基礎(chǔ)的圓形功率密度分布的范圍,直徑表示為:JJF2170—202415[來源:GB/T26599.1—2011,3.8;GB/T13739—2011,3.6,有修改]D.14[來源:GB/T26599.1—2011,3.8;GB/T13739—2011,3.6,有修改]D.14無像散stigmatism光束在自由傳輸中的任一平面上具有圓形功率密度分布并且通過柱面透鏡傳輸后功率密度分布保持不變或具有和透鏡相同的方位取向的特性。[來源:GB/T26599.1—2011,3.9]D.15簡單像散simpleastigmatism像散光束在自由傳輸中方位角保持恒定取向的并且通過對稱軸與一個(gè)光束主軸平行的圓柱光學(xué)元件后仍保持其原有取向的特性。注:簡單像散光束的功率密度分布的主軸稱為該光束的主軸。[來源:GB/T26599.1—2011,3.10]D.16廣義像散(一般像散)generalastigmatism既不是無像散光束也不是簡單像散光束的光束特性。注:也叫一般像散。[來源:GB/T26599.1—2011,3.11,有修改]D.17束腰位置beamwaistlocation單像散光束,沿著光束主軸X'和Y'方向上的束腰位置分別用符號單像散光束,沿著光束主軸X'和Y'方向上的束腰位置分別用符號z0X'和z0Y'表示;對于無像散光束,束腰位置用符號z0表示。注:1對于廣義像散光束,本定義不適用。2對于簡單像散光束,對應(yīng)于主軸的束腰位置z0x'和z0y'可能重合,也可能不重合。[來源:GB/T26599.1—2011,3.12,有修改]D.18束腰寬度beamwai