【国家标准(GB)】 工业用大功率激光器光束质量测试评定方法

ICS31.260
中华人民共和国国家标准
GB/T24664—2009
工业用大功率激光器光束质量
测试评定方法
Evaluation and measurement method for beam quality of high power laser systemfor industry manufacturing
2009-11-15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
2010-02-01实施
本标准由中国机械工业联合会提出。言
本标准由全国光学和光子学标准化技术委员会（SAC/TC103)归口。本标准起草单位：北京工业大学、国家产学研激光技术中心（NCLT)。本标准主要起草人：左铁、陈虹、王旭葆，本标准为首次发布。
GB/T24664—2009
1范围
工业用大功率激光器光东质量
测试评定方法
本标准规定了工业制造用激光器光束质量的评价和测试方法。本标准适用于各种连续和准连续激光器的光束质量的评价和测试。2规范性引用文件
GB/T24664—2009
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB7247.1激光产品的安全第1部分：设备分类、要求和用户指南（GB7247.1—2001,idtIEC608251:1993)
GB/T15313激光术语(GB/T15313—2008,ISO11145：2006,Opticsandphotonics—Laserandlaser-related equipment-Vocabularyand symbols,MOD)ISO11145：2006光学和光子学激光器和激光器相关设备术语和符号3术语和定义
GB/T15313和ISO11145：2006确立的以及下列术语和定义适用于本标准。3.1
连续激光器continuouswave（CW）laser大于或等于0.25s时间期间持续辐射的激光器。3.2
准连续激光器
quasi-continuouslaser
输出激光脉冲的重复频率大于1kHz的激光器。对半导体激光器而言，通常以脉冲持续时间大于1us的脉冲输出作为准连续激光器的特征。3.3
光束聚焦特征参数值characteristicsof laserfocusingabilityKf
光束参数积beamparametersproductBPP
光束束腰直径与光束束散角的乘积的1/4，见式（1）：K, = do @.
式中：
K，光束聚焦特征参数值，单位为毫米·毫弧度（mm·mrad)；dao——光束束腰直径，单位为毫米(mm)；?。一束散角，单位为毫弧度（mrad)。（1）
GB/T24664--2009
光束宽度
du,dym
beamwidths
分别在两个所选的相互正交且垂直于光束轴的工和方向上，内含功率(或能量）占总功率(或能量)规定百分数(u%)的最小缝宽。注1：最小束宽及其正交方向确定最佳方向。注2；对于圆形高斯光束，dz95.4=d6.5注3：光束宽度的标识由符号及其适合的下标组威，即：d.idy或d，dg。3.5
beamdiameter
光束直径
激光束横截面内，激光功率下降到中央峰值的1/e”处的所有点构成的光斑尺寸。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)规定百分数（u%)的最小孔径的直径。当u二86.5时，下角标可省去。
注：光束直径的标识由符号及其适合的下标组成，即；d或d.，3.6
光束半径
beamradius
在垂直光束平面肉，内含功率（或能量）占光束功率（或能量）规定百分数（u%）的最小孔径的半径。注：光束半径的标识由符号及其适合的下标组成，即：w或i：。3.7
束腰beamwaist
光束直径或光束宽度的最细处，3.8
束腰直径
beamwaistdiameter
用内含功率（或能量）计算的束腰位置处的光束直径d。注：束腰直径的标识由符号及其适合的下标组成，即：do.或da。3.9
beam waist radius
束腰半径
用内含功率（或能量)计算的束腰位置处的光束半径W。注：束腰半径的标识由符号及其适合的下标组成，：w；或初.。3.10
束散角divergenceangle
?u，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近面锥所构成的全角度。注1：对圆横截面，光束宽度为光束直径d。对于非圆横截面，束散角分别由相应的方向和方向的光束宽度du和dy确定。
注2；当规定束散角时，应使用下标说明相关的光束宽度，如④,50说明光束宽度为da,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：束散角的标识由符号及其适合的下标组成，即：?，，?或?，?，@。2
束散半角half-divergenceangleu，om，0g.m
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光束宽度[内含功率(或能量)定义的]在远场增大形成的渐近面锥所构成的半角度。3.12
瑞利长度Rayleigh-length
ZR，ZRSZR
从激光束腰处沿光传播方向到光束直径或束宽增加到束腰/2倍处的距离。注：对于基模高斯光束，见式(2)；xd.2
式中：
瑞利长度，单位为老米(mm)；
入—.激光束波长，单位为微米(um)。一般情况，公或R=d。/0。是有效的。4光束质量评价
4.1评价参数
用光束聚焦特征参数值K，评价本标准规定的激光器的光束质量。4.2激光器的性能参数
（2）
除非另有规定，在不同型号激光器的详细规范中应规定下列有关参数，其参数经规定的测试方法测试后，应符合详细规范的规定。a）波长；\
b）输出功率
光束聚焦特征参数值；
d）光束宽度或者束腰宽度，
束散角；
其他。
光束质量测试条件及要求
5.1测试条件
测试时的环境温度要求在15℃～30℃范围内，相对湿度45%～75%，气压80kPa～106kPa。测试设备应稳定可靠，量程适用，并防止外养条件对它们的影响，测试系统的周围环境要求无明显的振动、气流、烟尘和杂散辐射的影响。除非另有规定，被测激光器应在详细规范中规定的工作程序和工作条件下工作，并在稳定工作之后测试有关参数。
5.2测试设备
除非另有规定，测试所采用的设备应基于空心探针测试原理，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。
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6光束质意的测试方法和步骤
6.1测试图
测试系统图见图1，测试原理见图2。1——被测激光；
2—-—光束光斑质量诊断仪；
3——吸收体；
4——计算机。
6.2测试准备
图1测试系统图
光束横截面
扫描线
laserbeam
第一反射面中空管
探测器
更。第二反射面
图2空心探针测试原理图
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
6.3.1将氨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。
6.3.2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，每个位置测试次数不少于5次，取平均值作为该测试位置光束直径值。6.3.3每次改变光斑或者测试仪的位置，都须重复上两个步骤。至少须测试10个位置，接近一半的数据须在束腰一侧瑞利长度范围内采集，还须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
将沿光束传输路径上由测试所得的光束束宽结果拟合出位置(z)和光斑直径(d)二次双曲线，然后根据双曲线系数来计算其他光束参数。二次双曲线形的计算公式见式(3)：4
d=A+B+ Ce
根据拟合方程求出A,B,C系数，光束参数的计算公式见式(4)～式(8)：@
K, = V4AC-B
注：α表示束腰位置，光束束腰与初始测试点之间的相对距离。测试报告
测试报告应包括以下内容：
测试时间、地点、被测激光器的情况；测试所选用的探测器和探针的情况；初始测试输入条件，包括测试位置、窗口、增益值的选择；测试数据按照6.4进行计算的结果。GB/T24664—2009
（3）
.（4)
.（6)
GB/T24664—2009
GB/T15301
参考文
气体激光器总规范
GB/T15490
固体激光器总规范
ISO 11146-1:2005Lasers and laser-related equipment—Testmethodsfor laser beamwidths, divergence angles and beam propagation ratios-Part 1:Stigmatic and simple astigmatic beams[4]ISO 11146-2: 2005 Lasers and laser-related equipment—Test methods for laser beamwidths,divergence angles andbeampropagation ratios—-Part 2:General astigmaticbeams[5]ISO13694:2000Opticsand optical instruments—Lasers andlaser-related cquipment—Testmethodsforlaserbeampower（energy）densitydistribution6
GB/T 24664-2009
中华人民共和国
国家标准
工业用大功率激光器光束质量
测试评定方法
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2010年1月第一版
印张0.75字数11千字
2010年1月第一次印刷
书号：1550661-39832
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