GBT 35118-2017 摻鉺釔鋁石榴石激光晶體光學(xué)性能測(cè)量方法

ICS31.260GB/T35118—2017摻鉺釔鋁石榴石激光晶體光學(xué)性能測(cè)量方法中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局IGB/T35118—2017本標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)提出。本標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)光輻射安全和激光設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SCA/TC284)歸口。1GB/T35118—2017摻鉺釔鋁石榴石激光晶體光學(xué)性能測(cè)量方法本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了摻鉺釔鋁石榴石激光晶體(Er3+:Y?Al?O??,以下簡(jiǎn)稱Er:YAG激光晶體)光學(xué)性能下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文GB/T1185—2006光學(xué)零件表面疵病GB/T11293—1989固體激光材料名詞術(shù)語(yǔ)GB/T11297.1—2002激光棒波前畸變的測(cè)量方法GB/T27661—2011激光棒單程損耗系數(shù)的測(cè)量方法JY/T015—1996感耦等離子體原子發(fā)射光譜方法通則GB/T11293—1989界定的術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。4要求測(cè)量時(shí)環(huán)境應(yīng)滿足下面要求：b)測(cè)試期間溫度波動(dòng)：≤1℃;c)相對(duì)濕度：≤85%;測(cè)量時(shí)應(yīng)按GB7247.1的要求采取激光安全防護(hù)措施。4.2被測(cè)Er:YAG激光晶體要求2GB/T35118—2017a)兩端面平行度(平面/平面)應(yīng)不大于30";b)端面對(duì)棒軸垂直度應(yīng)不大于5';c)端面表面疵病質(zhì)量根據(jù)GB/T1185—2006,應(yīng)符合：麻點(diǎn)B/0.8D?×0.05;劃痕C/2D?×0.01。(D。為Er:YAG激光晶體直徑，單位為mm);d)端面應(yīng)清潔，無影響測(cè)量的灰塵和擋光污漬；e)Er:YAG激光晶體濃度測(cè)量選取晶坯等徑部分。5測(cè)量方法5.1消光比測(cè)量方法5.1.1測(cè)量原理消光比測(cè)量系統(tǒng)組成如圖1所示：92——擴(kuò)束器；4——可調(diào)光闌；5——被測(cè)Er:YAG激光晶體；6——檢偏器；7——窄帶濾波片；8——探測(cè)器；圖1消光比測(cè)試原理圖將Er:YAG激光晶體放置在兩平行偏光鏡間和兩正交偏光鏡間，測(cè)試光從Er:YAG激光晶體一端入射，在Er:YAG激光晶體另一端出射。先調(diào)整檢偏器至刻度90度，然后微調(diào)檢偏器，觀察探測(cè)器顯示數(shù)值，當(dāng)顯示數(shù)值最小時(shí)，此時(shí)為正交偏光狀態(tài)，顯示數(shù)值最小值為光強(qiáng)度I1;再旋轉(zhuǎn)檢偏器至刻度0度，然后微調(diào)檢偏器，觀察探測(cè)器顯示數(shù)值，當(dāng)顯示數(shù)值最大時(shí)，此時(shí)為平行偏光狀態(tài)，顯示數(shù)值最大值為光強(qiáng)度I/,通過式(1)計(jì)算消光比：Ex——消光比，單位為分貝(dB);…………3GB/T35118—2017I1——在正交偏光狀態(tài)下輸出的光強(qiáng)值；I/——在平行偏光狀態(tài)下輸出的光強(qiáng)值。測(cè)量裝置應(yīng)符合以下要求：a)激光器的波長(zhǎng)為1.064pμm,連續(xù)輸出；b)激光光源功率5mW～10mW,功率不穩(wěn)定度應(yīng)小于或等于1.0%;c)入射激光發(fā)散角小于或等于2.0毫弧度；d)探測(cè)器用光敏元件，應(yīng)在線性區(qū)工作，探測(cè)器有效面積直徑大于或等于10mm;e)系統(tǒng)消光比(未放入Er:YAG激光晶體時(shí)，光束直徑為被測(cè)Er:YAG激光晶體直徑的80%~90%時(shí))應(yīng)不小于40dB。5.1.3測(cè)量步驟按以下測(cè)量步驟進(jìn)行測(cè)量：a)打開1.064μm激光器，預(yù)熱20min以上，使輸出光強(qiáng)達(dá)到穩(wěn)定度要求；b)將被測(cè)Er:YAG激光晶體放入光路中，使光束正入射Er:YAG激光晶體中心；c)調(diào)整光闌，使光束直徑為被測(cè)Er:YAG激光晶體直徑的80%～90%;d)取下被測(cè)Er:YAG激光晶體，調(diào)整檢偏器至刻度90度時(shí)為正交偏光狀態(tài)，然后微調(diào)檢偏器，觀察探測(cè)器顯示數(shù)值，當(dāng)顯示數(shù)值最小時(shí)，記錄測(cè)試透射光強(qiáng)I?;e)旋轉(zhuǎn)檢偏器至刻度0度，使系統(tǒng)為平行偏光狀態(tài)，然后微調(diào)檢偏器，觀察探測(cè)器顯示數(shù)值，當(dāng)顯示數(shù)值最大時(shí)，測(cè)量并記錄此時(shí)透射光強(qiáng)I/,根據(jù)式(1)計(jì)算系統(tǒng)消光比，當(dāng)系統(tǒng)消光比≥40dB,則可以進(jìn)行Er:YAG激光晶體測(cè)量；f)旋轉(zhuǎn)檢偏器至刻度90度，然后微調(diào)檢偏器，觀察探測(cè)器顯示數(shù)值，當(dāng)顯示數(shù)值最小時(shí)，再將被測(cè)Er:YAG激光晶體放入光路中，并旋轉(zhuǎn)Er:YAG激光晶體，測(cè)量并記錄透射光強(qiáng)最大g)再旋轉(zhuǎn)檢偏器至刻度0度，然后微調(diào)檢偏器，觀察探測(cè)器顯示數(shù)值，當(dāng)顯示數(shù)值最大時(shí)，測(cè)量并記錄此時(shí)透射光強(qiáng)I';將光強(qiáng)I1、I⊥'和I',代入式(2),計(jì)算出被測(cè)Er:YAG激光晶體的消光比值：II'——放置Er:YAG激光晶體時(shí)正交偏光狀態(tài)下輸出光強(qiáng)的最大值；I′——放置Er:YAG激光晶體時(shí)平行偏光狀態(tài)下輸出的光強(qiáng)值。5.2波前畸變測(cè)量方法5.2.1測(cè)量原理本方法是基于麥克爾遜(Michelson)干涉儀測(cè)試原理：一束入射光分為兩束后各自被對(duì)應(yīng)的平面鏡反射回來后產(chǎn)生干涉。干涉中兩束光的不同光程可以通過調(diào)節(jié)干涉臂長(zhǎng)度以及改變介質(zhì)的折射率來實(shí)現(xiàn)，從而能夠形成不同的干涉圖樣。被測(cè)Er:YAG激光晶體的光學(xué)均勻性可用平面波前透過Er:YAG激光晶體后波前畸變的峰-谷偏差來表征。波前畸變測(cè)量原理如圖2所示。4GB/T35118—20171——激光器；2——擴(kuò)束器；3——分光鏡； CCD攝像系統(tǒng)：5——被測(cè)Er:YAG激光晶體；6——測(cè)試反射鏡；測(cè)量裝置應(yīng)符合以下要求：b)激光功率范圍100mW～200mW;c)入射激光發(fā)散角小于或等于2.0毫弧度；d)本底波前畸變應(yīng)優(yōu)于或等于λ/10;e)被測(cè)Er:YAG激光晶體放置在帶兩維調(diào)整機(jī)構(gòu)的V型槽(或平臺(tái))上。當(dāng)一束可見激光通過Er:YAG激光晶體時(shí)，Er:YAG激光晶體內(nèi)部的異質(zhì)團(tuán)簇會(huì)對(duì)該激光束發(fā)生散射顆粒測(cè)量原理如圖3所示。5GB/T35118—20172——可調(diào)光欄；3——被測(cè)Er:YAG激光晶體；圖3散射顆粒測(cè)量原理圖通過計(jì)算式(3),可得散射顆粒密度，即用散射顆粒密度來衡量Er:YAG激光晶體內(nèi)的散射顆粒。D——散射顆粒密度，單位為個(gè)每立方厘米(個(gè)/cm3);n——散射顆粒個(gè)數(shù)，單位為個(gè)；V——Er:YAG激光晶體體積，單位為立方厘米(cm3)。測(cè)量裝置應(yīng)符合以下要求：b)激光束連續(xù)輸出功率在5mW～10mW;c)入射激光發(fā)散角小于或等于2.0mrad。按以下測(cè)量步驟進(jìn)行測(cè)量：a)打開激光光源；激光晶體直徑約1/2的尺寸為測(cè)量光斑孔徑直徑，如圖4所示；圖4散射顆粒測(cè)量光斑與Er:YAG激光晶體直徑示意圖c)將Er:YAG激光晶體放入V形槽內(nèi)，調(diào)整Er:YAG激光晶體使光束正入射Er:YAG激光晶d)讓激光光束通過Er:YAG激光晶體靠近邊緣區(qū)域，然后旋轉(zhuǎn)Er:YAG激光晶體，從側(cè)面觀察散射亮點(diǎn)即為散射顆粒；6GB/T35118—2017f)根據(jù)式(3)計(jì)算單位體積的散射顆粒密度。單程損耗測(cè)量光路圖如圖5所示。99采集2877——測(cè)試探測(cè)器2;圖5單程損耗測(cè)量光路圖a)激光器的波長(zhǎng)為Er:YAG激光晶體預(yù)定的工作波長(zhǎng)；b)激光輸出功率在300mW～400mW;d)系統(tǒng)的波動(dòng)小于或等于0.1%cm-1。采用工作波長(zhǎng)的激光為光源，按照測(cè)量裝置操作規(guī)程打開設(shè)備，將Er:YAG激光晶體放置于測(cè)試光路中。按GB/T27661—2011規(guī)定的測(cè)試步驟，測(cè)量Er:YAG激光晶體的單程損耗。GB/T35118—20175.5摻雜離子濃度測(cè)量方法5.5.1測(cè)量原理?yè)诫s離子濃度的測(cè)量方法是基于電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜分析方法進(jìn)行定量分析。原子發(fā)射光譜分析方法是利用物質(zhì)在熱激發(fā)或電激發(fā)下，每種元素的原子或離子發(fā)射特征光譜，檢測(cè)器檢測(cè)光譜中譜線的波長(zhǎng)和強(qiáng)度的強(qiáng)弱來定量分析判斷物質(zhì)的組成。5.5.2測(cè)量裝置等離子體原子發(fā)射光譜儀需經(jīng)計(jì)量檢定，符合B級(jí)以上測(cè)量要求。5.5.3測(cè)量步驟按以下測(cè)量步驟進(jìn)行測(cè)量：a)將被測(cè)Er:YAG激光晶體的晶坯兩端各切下一塊Er:YAG激光晶體樣品，選取樣品直徑大于晶坯半徑，質(zhì)量大于2g,分別標(biāo)記為樣品1、樣品2;b)根據(jù)JY/T015—1996測(cè)量離子濃度方法測(cè)定Er:YAG激光晶體樣品1、樣品2的鉺離子濃度，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)表示；c)根據(jù)式(4),將Er:YAG激光晶體樣品1、樣品2的鉺離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)轉(zhuǎn)換為摩爾分?jǐn)?shù)(%):式中：c——晶坯測(cè)試樣品摻鉺離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%;y——Er:YAG激光晶體摻鉺離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。d)Er:YAG激光晶體的摻鉺離子濃度為晶坯兩端兩個(gè)濃度測(cè)試樣品摻鉺離子濃度按照式(5)計(jì)算出的平均值。式中：c——Er:YAG激光晶體摻鉺離子