ICS31.260 CCSL51 中华人民共和国国家标准 GB/T27665—2024 代替GB/T27665—2011 掺钕钇铝石榴石激光棒激光性能测量方法 TestmethodforlasingcapabilityofNd:YAGlaserrods 2024-08-23发布 2024-08-23实施 国家市场监督管理总局 国家标准化管理委员会发布前 言 本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草。 本文件代替GB/T27665—2011《掺钕钇铝石榴石激光棒激光性能测量方法》,与GB/T27665— 2011相比,除结构调整编辑性改动外,主要技术变化如下: ———增加了测试样品的适用范围(见第1章); ———增加了测试样品的激光性能参数(见第1章和4.3); ———更改了测量原理的表述方式,将连续激光性能和脉冲激光性能原理合并阐述(见5.1和5.2, 2011年版的5.1和5.2); ———增加了动态消光比和激光损伤阈值的测量原理(见5.3和5.4); ———更改了测量装置要求,将连续激光和脉冲激光测试装置简化(见6.1和6.2,2011年版的6.1和 6.2); ———增加了动态消光比和激光损伤阈值的测量装置要求(见6.3和6.4); ———更改了测试步骤和测量结果,根据激光器发展,简化测试步骤和计算公式(见7.1和7.2, 2011年版的第7章和第8章); ———增加了动态消光比和激光损伤阈值的测试步骤和数据处理(见7.3和7.4)。 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专利的责任。 本文件由中国机械工业联合会提出。 本文件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。 本文件起草单位:中国电子科技集团公司第十一研究所、北京雷生强式科技有限责任公司、中电科 光电科技有限公司、成都东骏激光股份有限公司、中国科学院福建物质结构研究所。 本文件主要起草人:朱建慧、邢晓文、吴玮、周世斌、吴少凡、仇瑛、孙玲、李久喜。 本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为: ———1989年首次发布为GB/T11297.4—1989和GB/T11297.5—1989; ———2011年第一修订,整合为GB/T27665—2011; ———本次为第二次修订。 ⅠGB/T27665—2024 掺钕钇铝石榴石激光棒激光性能测量方法 1 范围 本文件描述了在波长1064nm的激光腔内测量掺钕钇铝石榴石激光棒的激光性能的测量方法。 本文件适用于掺钕钇铝石榴石激光棒(发出波长为1064nm的棒状固体激光工作物质)的激光阈 值、斜率效率、动态消光比和激光损伤阈值的测量,钕铈双掺钇铝石榴石、掺钕玻璃及陶瓷等其他类似材 料或相近形状或其他工作波长的激光棒的激光性能测量参照使用。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文 件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于 本文件。 GB/T1185 光学零件表面疵病 GB/T7247.1 激光产品的安全 第1部分:设备分类和要求 GB/T11293 固体激光材料名词术语 GB/T11297.3 掺钕钇铝石榴石激光棒消光比的测量方法 GB/T13842 掺钕钇铝石榴石激光棒 GB/T15313 激光术语 GB/T16601.2 激光器和激光相关设备 激光损伤阈值测试方法 第2部分:阈值确定 3 术语和定义 GB/T11293和GB/T15313界定的术语和定义适用于本文件。 4 技术要求 4.1 测试环境 除非另有规定,测试应在以下条件下进行: a) 环境温度:22℃±5℃; b) 相对湿度:≤70%; c) 气压:86kPa~106kPa; d) 测量系统处于无明显的振动、气流和烟尘的环境中,应无影响测量结果的干扰。 4.2 被测激光棒的加工技术要求 除特殊要求外,选取相同掺杂浓度的掺钕钇铝石榴石(Nd:Y3Al5O12,以下简称Nd:YAG)激光棒 进行加工,加工要求应符合GB/T13842的规定: a) 两端面平行度优于或等于10″; b) 端面对棒轴垂直度优于或等于5'; 1GB/T27665—2024 c) 端面表面疵病符合GB/T1185的规定,具体要求为B/0.8D0×0.05、C1×0.01、P0.1(D0为激 光棒直径,单位:mm); d) 端面平面度在全口径90%直径范围内优于或等于λ/10(λ为632.8nm); e) 激光棒两端面镀增透膜符合GB/T13842的规定,具体要求为:在波长为1064nm处的剩余 反射率均不大于0.2%。 4.3 性能参数 本文件规定的激光性能参数主要指: a) 激光阈值; b) 斜率效率; c) 动态消光比; d) 激光损伤阈值。 4.4 安全防护 测量时应按GB/T7247.1的要求采取安全防护措施。 5 测量原理 5.1 激光阈值 用Nd:YAG激光棒搭建激光器,以连续/脉冲方式泵浦,测量激光输出阈值。谐振腔型宜采用平 面—平面谐振腔,激光棒散热良好且对泵浦光有良好的吸收。待激光输出功率/能量稳定后,测量输入 功率/能量和输出功率/能量,在直角坐标系中以输入功率/能量为横轴,输出功率/能量为纵轴作出特性 曲线,见图1。对特性曲线的线性部分进行线性拟合,经过拟合后的反向延长线与输入功率/能量轴上 的交点截距即该棒的连续/脉冲激光阈值。 a) 激光器输出功率随输入功率变化曲线 b) 激光器输出能量随输入能量变化曲线 图1 连续/脉冲激光阈值特性曲线示意图 5.2 激光斜率效率 激光棒的连续/脉冲激光斜率效率的测量原理同5.1,其中,图2特性曲线经过线性拟合后的斜率即 棒的斜率效率。 2GB/T27665—2024 a) 激光器输出功率随输入功率变化曲线 b) 激光器输出能量随输入能量变化曲线 图2 连续/脉冲激光斜率效率特性曲线示意图 5.3 动态消光比 激光棒在泵浦状态下,利用光敏探测器分别测量出激光棒在起偏器和检偏器间的透射光强,通过下 式计算消光比值: Ex=10×lg(I‖/I⊥) …………………………(1) 式中: Ex———消光比,单位为分贝(dB); I‖———同样情况的平行偏光状态下输出的光强值,单位为毫伏(mV); I⊥———在正交偏光状态下输出光强值,单位为毫伏(mV)。 5.4 激光损伤阈值 足够强的激光会导致光学元件的性质产生不可逆的变化,称为激光损伤。确定激光损伤阈值,首先 找到零损伤和百分之百损伤的功率水平,进一步绘制不同损伤概率下的能量/功率密度曲线,然后将数 据线性外推找到损伤概率为0的位置,该位置对应的能量/功率密度即为激光损伤阈值。 6 测量装置 6.1 激光阈值 激光阈值测量系统由下列元器件组成:冷却系统、准直激光器、全反镜、泵浦单元、激光棒、输出镜和 激光功率计或能量计。测量系统框图见图3,典型的灯泵浦测量装置示见附录A。 3GB/T27665—2024 标引序号说明: 1———冷却系统; 2———准直激光器; 3———全反镜; 4———泵浦单元; 5———激光棒; 6———输出镜; 7———激光功率计(能量计)。 图3 测量系统组成框图 6.2 斜率效率 激光棒的斜率效率的测量系统装置同6.1,测量系统组成框图见图2。 6.3 动态消光比 动态消光比测量系统由下列元器件组成:激光器、扩束镜、起偏器、可调光阑、泵浦单元、激光棒、检 偏器、探测器和显示仪器。测量系统框图见图4,其中,本测量系统的激光器为1064nm波长且激光光 源功率波动应小于或等于1.0%;扩束后的光源光束发散角应小于或等于3mrad;泵浦单元、激光晶体 与附录A中A.3所述的谐振腔构成激光器,泵浦均匀,泵浦功率应满足使激光输出功率/能量随输入功 率/能量线性增长;探测器为光敏探测器,应在线性区工作;该测量系统的消光比应大于或等于40dB。 4GB/T27665—2024