GB/T 13739-2011
基本信息
标准号： GB/T 13739-2011
中文名称：激光光束宽度、发散角的测试方法以及横模的鉴别方法
标准类别：国家标准(GB)
标准状态：现行
出版语种：简体中文
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标准分类号
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相关单位信息
标准简介
GB/T 13739-2011 激光光束宽度、发散角的测试方法以及横模的鉴别方法
GB/T13739-2011
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标准内容
ICS31.260
中华人民共和国国家标准
GB/T 13739—2011
代替GB/T137391992.GB/T13740—1992,GB/T137411992激光光束宽度、发散角的测试方法以及横模的鉴别方法
Test rnethods for laser beam widths, divergence angle and transverse mode2011-12-30 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淮花管理委员会
2012-05-01实施
GB/T 13739—2011
规范性引用文件
术语和定义
测试环境的耍求
测试设备的要求
安全防护
测试方法的选择
4. 5测试准备
5激光光束宽度测试方法
5.1激光光束宽度标准测试方法
5.2激光光束宽度替代测试方法
6激光光束发散角测试方法
6.1测试原理
6.2测试程序..
6.3测试结果
7横模的鉴别方法·
7.1百测鉴别法
7.2常见横模光庭图样
附录A（资料性附录）
本标准与GB/T13739—1992、GB/T13740-1992
-1992和GB/T13741-
比较的主要技术变化
附录B（规范性附录）
小孔扫描測试方法·
TTTKONKAA
本标准按照GB/T 1.1—2009给出的规则起草。GB/T 13739-—2011
本标准代替GB/T13739—1992激光辅射横模鉴别方法\，GB/T13740—1992激光辐射发散角测试方法\和GB/T13741—19924激光辐射光束直径测武方法*，与GB/T13739—1992、GB/T137401992和GB/T13741—1992相比，主要技术变化比较大，详细内容参见资料性附录A。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这些专利的责任。本标推的中国机械工业联合会提出。本标推由全国光辐射安全和激光设备标准化技术委员会(SAC/TC281)归口。本标准起草单位：北京光电技术研究所、中国电子科技集团公司第十一研究所。本标罹主要起草人;吴爱平,段振广、卢永红、李嘉伦、罗志军、赵鸿。本标所柜替标准的历饮版本发布情税为：-GB/T13739—1992;
--.-GB/T13740—1992;
GB/T13741--1992。
TTTKANTKACA
1范围
激光光束宽度，发爱散角的测试方法以及横模的鉴别方法
本标准规定了激光光束宽度、发散角的测试方法以及横模的鉴别方法。GB/T13739—2011
本标准适用于对在均匀介质自由传播、并在传播中功率密度分布取向相同或正交的激光光束进行光束宽度、发散角的测试。本标准适用于激光韬射高斯光束的横模的鉴别。本标准不适用于列阵类半导体激光器。2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件，凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的改单）适用于本文件：GB7247.1激光产品的安全第1部分：设备分类要求和用广指南GB/T15313激光术语
GB/T19022测量管理体系测量过程和测量设备的要求ISO11146-1激光和激光相关设各激光束宽度、发散角和束扩散率的试验方法第1部分：无象散和简单象散束(Lasersaadlaser-related equipment-Testmethodsforlaserbeamwidths，diver-gence anglcs and beam propagation ratios -Part 1:Stigmatic and simple astigmatic beams)ISO/TR11146-3澈光和激光相关设备激光光束宽度、发敢角和束扩散率的试验方法第3部分：内在和几何光束分类，扩散和试验方法细节【Iascrsandlaser-rclatedequipmcnt一Testmethadsfor laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios- Part 3: Intrinsic and gcomet-rical laser beam classification, propagation and details of test methods)3术语和定义
GB/T15313与GB7247.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1
实验金坐标蔡laboratorycoordatesystem定义实验室坐标系的X,Y,Z轴规定空间三个正交方向,可惯上乙轴和光束轴重合,X和Y轴分别与水乎和竖直方向--致，或以矩形阵列探测器的长短边方向一致，坐标原点选在2向测量考的起点。3. 2
测量乎面measurementplane
在轴向位置（z）进行光束功率（或能量）密度分布测量的X-Y平面称为测量平面。注：术语\功率密庭分布E()-属于连续波光源，在脉冲光源的情况，用\能量密度分布H(,y,）\代替，3.3
主轴坐标系principal axes coordintate system定义测量平面内光束功率密度分布的尘轴坐标系的x，Y',Z轴规定空间三个正交方向·其X轴1
TTTKAONTKACA
GB/T 13739—2011
是和实验室坐标系的X轴接近的光束宽度最大或最小的方向。如果X和X轴的夹角为土45\，则X轴是最大光束宽度的方向。
功率密度分布的一阶矩first order ioments of power distributlon,
确定光束的重心坐标。在测量平面内光束的功率(或能量)密度分布的一阶距[见式(1),(2)]表示为：
E(r,y,2)rdidy
式中：
E(a,y,)
-功率(或能量)密度分布
E(x,y,2)drdy
E(t,y;z)ydrdy
E(x,y,z)dedy
功率(或能量)密度分布的二阶
second order moments of power distributionoiag,
功率（或能量)密度分布上的归一化加权积分见式（3)、（4)、（5)表示为：E(a,y,z)(r-x)\dedy
E(x,y,e)dtdy
E(y,z-\drdy
E(a,y.2)dedy
E(1,y,2)(r -)(y-3)dady
E(+y,)drd,
注 1.角括号是运算符号,
注2：品只是一种符号表示，并不是真正的平方，该量可以取正、负或尽值，3.6
光束宽度 beam widths
dr(z).dey(z)
*++( 5)
位于轴上处的测星平面内，沿着光束分布主轴的光束宽度，定义为光束功率密度分布的中心二阶矩平方根的4倍[式(6)、（7)]，表示为：d =4d(z)
TTTKANTKACA
式中：
功率（或能量)密度分布在主轴X方向的中心二阶矩平方根。d =4,(z)
功率(或能量)密度分布在主Y方向的中心二阶矩平方根。a
GB/T 13739—2011
光束宽度快定光束的几何形状，最小和最大光束宽度之间的比见式（8)，表示为da
式中：
光束的椭圆度：
最小光束宽度；
最大光束宽度。
如果光束的糖圆度大于0.78，则认为功率（或能量）密度分布是圆形的，否认为光束是阅形的。光束直径[见式(9)表示为：
d.(2) =2/2(0 +a)+
式中：
光束真径，
光束传输比beam propagation rationsM.,M,M?
激光束的光束参数(即束腰宽度和远场发散角)乘积，与相同波长 TEM模的 Gaussizn 光束的光束参数乘积的比值。
对于椭圆形光束[觅式(10)、11)]表示为：,dac@
式中：
·波长，
式中,
主轴方向的束腰宽度：
主轴方向&的光束发散角。
d—主轴方向的束腰宽度；
主轴方向的光束发角。
对于圆形光束[见式(12)表示为：M3==,d.o,
式中：
束腰直径，
光束发散角，
TTKANTKACA
-（123
GB/T 13739—2011
4要求
4.1测试环境的要求
应该满足被测激光器和所用测试仪器便用说明书中规定工作环境条件。通常一般测试在环境温度15 它 ~ 35 C,相对湿度 45% ~75%的常压条件下进行,件裁测试在环境温度(25 士2)℃,相对湿度45%~55%的常压下进行。整个测量系统应处于无明显振动，气流、烟尘和杂散辐射的环境中，不得有影响测量结果的干扰。
4.2测试设备的要求
测试仪器设备应符合GB/T19022的要求。本标准强调以下几点：a）对光学零件的要求：测试所用光束变换和/或案焦的光学零件要适应所測激光波长，应尽量满足无像差的要求，并要有足够的孔径，使得其所造成的总功率（或能意）损失不大于1为对光衰减器的要求：测试所用光衰减器应使其对波长依赖性、偏振依赖性、角度依赖性，非线b)
性和非均勾性最小，或可通过标定和数据处理得到一定程度的惨正；对光学系统的要求：试所用光学系统应尽减少散斑和干涉效应引起的干扰，使相对功率密度分布没有明显变化：
对探测器系统的要求：所用阵列式操测器覆蓝光短主轴方向光束宽度的像数不应低于100。探测器的动态范围不低于8bit。需特别细心查明探测器表面的摄伤阐值，以便不被邀光光束击穿。应从制造者的数据或通过测量确认探测器系统的输出量（例如电压)与输人量（光功率成性关素，并标定探测器系统的被长依赖性，非线性和非均寸性，使得可能经数据处理得到一定程度的修正。
4.3安全防护
测试过程的安全防护应符合GB7247.1的有关规定。4.4测试方法的选择
测试方法的选择应根据被测激光设备和所具有的测试设备茶件，由本标准规定的其中一种方法进行测试。小孔扫描方法按附录B中规定的试验方法进行。4.5测试准备
测试工作应按以下要求做好准备：a）了解所测激光的输出特性和技术规范，按有关测量参数选择测量方法，组成适用的测量系统：b）采取诸如试验装置机械振动的弱离，屏蔽外部的辐射，实验室的恒温等适当措施，使所测量结果的不确定性最低
应该特别小心，在离功率激光光束路径的大气环境中，确保不含有吸收激光辐射和引起被测光束热确变的气体和水汽
调整测量系统和/或被测微光器，使两者共轴；按照实验室安全规则和邀光防护要求，对场地和仪器设备检查，符合要求后方可进行测试。4
5激光光束宽度测试方法
5.1激光光束宽度标准测试方法
5. 1. 1 概述
CB/T 13739—2011
按照 IS0 11146-1 的规定，采用二维阵列探测器记录测盘平面内的功率(或能量)密度分布,计算该分布的中心二阶矩，从而确定激光光束的宽度。称为密度分布方法，定义为标准方法。对于难于找到合适阵列探测器的激光光束宽度测盘，则采用扫描探针采集国象法。用小孔探针对光束进行二维扫描来样，得到光束功率(或能暨)密度分布。5.1.2阵列探测器采集图象法(CCD法）5. 1. 2. 1 测试原理
测试装见图1。利用二维阵列探测器（如面阵CCD、面阵CMOS、面阵热释电等光探测器件），采集测盘面内光束的功率（或能量）密度分布，对采集数据施加适当的背景修正。对测得的功率（或能量）密度分布计算-阶矩和中心二阶矩，再从中心二阶矩确定光束宽度d（）和（）如果符合国形功率(或能量)密度分布的条件，则确定光束直径d.(α），说：
激光器；
光束变换疫减系统：
CCD接收器：
4--计算机：
5·CCD式激光束诊断分析系统。图1CCD法定光束宽度的装置
5. 1. 2. 2测试程序
测试程序按下列步强进行！
激光器至少预热1h（或按制造商说明），达到正常工作e)
b）按照光束和探测器尺寸，确定是否需要对光束进行变换，并选择合适的光学系统；）根据被测激光的强度和探测器的饱和阅值，选择合适衰减量，以充分利用探测器的动态范围，d）确定测量面的轴向位置z，采集光束功率（或能量）密度分布的数据（即光斑图象）：e
在每个位置至少重复5次，以确定所测得的光束宽度的乎均值和标准偏差。5. 1, 2. 3测试结果
测试结果按下列步骤得到：
）在计算光束宽度前，应对测量的功率（或能量）密度分布进行背录校正。5
GB/T13739-—-2011
计算光束功率（或能量）密度分布的一阶矩和二阶矩，重要的是需要找出合适的积分面积（称为b)
积分面积的数据子集），见图2。可用如下选代程序寻找该数据了集并得到最后结果，由初始假设的积分面积开始，完成式（1）~式（5）的积分，给出近似的光束重心和光束在X1）
和Y轴方向的宽度：
新的积分面积的中心选在光束的近似重心，积分的尺寸为X和Y方向光束宽度的3倍，在这样的积分面积上完成式（1）～式（5）的积分。得到更近似的光束重心和光束的宽度：3）重复选代直到获得收敛的结果，利用式（13）～式（15)求出最大或最小光束宽度方向和实验室坐标相同X轴之间的夹角（即光c
束功率密度分布的方位角）。
对于。丰。[见式（13)，表示为：g(z)
式中：
一光束功率密度分布的方位角。对于。-。[见式（14)、（15)，表示为：ercta
p=sgn）
d）对光斑图象进行旋转角度亚的坐标变换，得到E(，y，z）。e）对E(，y+zm)按5.1.2.3b)给出的选代程序得到合理的积分面积和收敛的结果。注，此时的，一0。
-（13)
...(15)
）根据光束功率密度分布的中心二阶矩，按式（6)和式（7)计算光束宽度da和d。如果光束的最小和最大宽度满足式（8），则按式（9)计算光束直径d，说明：
一积分区轮席。
图2积分区
5.1.3扫描探针采集图象测试方法5.1.3.1测试原理
测试装置见图3。对于难于找到合适阵列探测器的激光光束宽度测量，采用扫描探针采集图象法。6
GB/T 13739—2011
在功率（或能量）探测器前放置一针孔组成采样探针，利用操针对光束进行二维扫描采样，也可以得到光束功率(或能)密度分布。
5.1.3.2测试程序
按5.1.2.2的规定
2）探测器示惠图
说明，
光束横截面：
探针：
一小孔；
转台，
平动，
转动；
微光束；
-小孔，
探测器+
b）测量示意图
第一反射面，
中空管；
12-第二反射面。
图3扫描探针采集图象法测定光束宽度的装置5. 1. 3. 3测试结果
由测得的功率密度分布计算光束宽度或直径，按5.1.2.3的规定。注T：对于圆对称的高斯束,利用探针经过光束中心的一维打描，得到沿光束直径的部面内归一化功率分布曲线，即可以得到光束直径。
注2：应该细心以确保在整个扫横周期的激光输出在空域和时域是稳定的。5. 2激光光束宽度替代测试方法5. 2. 1概述
按照ISO11146-3的规定，利用激光功率（或能量>计，测激光光束特定面积占总功率（或能盘)的百分比，从而得到激光光束的宽度或直径，称为透过功率方法。这些方法，使用投备简单，但能够测量光束宽度或光束直径，其精度在许多情况是可以接受的。定义为替代方法。5.2介绍的计算方法不是基于确定空间功率分布菌数的二阶矩，但是至少对儿种情说<见表1)已经证实，使用本部分中的任一替代方法与本标准第5章中的标准方法确定的光束传输比，其结果之间存在以下相关性[见式（16)汀.表示为：VM=c;M -1)+1
式中：
替代方法1和标准方法之间的相关因子：M——按替代方法主得到的光束传输比。(16)
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替代方法
可变孔径法（见 5,2,2)
移动刀口法（见5. 2. 3)
移动缝照法(见5.2,4）
表 1替代方法的相关系数
相关系数 c
注：这些相美系数经证实，适用于具有稳定谱握腔结构的气体邀光光束，功率达10W(CO。光光束功率可达1kW)和最高光束传输比M\=4的无像散光桌。对于更高M\值和其他类型的激光，相关因于有持验证。利用这种光束传翰比之间的关系，对于测定的光束宽度或直径，可以依赖M\的相关因子，确定激光光策宽度或直径[见式（17)],表示为：d,
(M -1)+
式中：
按替代方法测得的光东宽度或光东直径。下面将对这三种方法逐个予以说硼，5.2.2可变孔径测试方法
5. 2. 2. 1 测试装置
测试装置见图 4.
说明：
微光器
光束，
可变光：
探测器
图4可变孔径法测定激光光束宽度的装置5.2.2.2测试原理
-( 17)
该方法基于高斯光束真径的定义。可变光阐位于谢量平面用来确定透过功率，其透过功率是孔径真径的函数。通过缩小孔径的直径，透过总功率（或能量）86，5%时的直径是未修正光束直径。注本方法适用于圆形功率密康分布的光束。5. 2. 2. 3测试程序
测试程序按下列步骤进行：
a）不加光阐，或光阐孔径增大到便光束全部透过时，记录光束总功率（或能量）P。（Q）b）可变光属作为测量平面必须垂直于光束轴，调整可变光阑的测量孔对中在光束轴上，精度至少是测量光束估计宽度的10为。对中方法是减小可变光闲的孔径到大约80%功率透过，并移动孔径到最大功率或能量）透过：C）以每步透过功率(或能量)减少5%的步距减小通光孔径尺寸，在读数为总功率（或能查)的8
GB/T 13739-2011
86.5为时,记录其上--步和下一步的孔径尺寸(d，d）,和相应的功率（或能量)读数（P,，P,）变能量读数(Q1,Q3) t免费标准下载网bzxz
d）至少测量 5次，每玖按5.2.2. 4的规定计算，最整求出结果的平均值和标准偏差。5. 2. 2. 4测试结果
根据内插公式，让算末修正的光束直径厂见式（18）表示为：ds.s =d +[(P.s -P1) .(dd)/(P2-P,)式中：
可变孔径法未修正的光束直径，Pgd.s-—总功率(或能量）的86.5%。根据修正公式计算相应的光束直径[见式（19)表示为：de=ds6.5
武中：
[1. 14(/Mes -1)+1]
可变孔经法根据懿正公式计算的光惠直径：可变孔径法的光束传输比。
5.2.3移动刀口测试方法
测试装置
测试装置见图5。
说明：
光电采来器
4·-一移动台;
5——测微器。
图 5移动力口法测定光东宽魔的装置5.2.3.2测试原理
在固定的大面积探测器前，移动刀口切割光束，使探测器测出的功率（或能量)是刀口位置的函数，84%和16%透过功率（或能量所对应的两个刀口位置之间距高的2倍+是未正的光束宽度。注1：当涉及椭圆形光束时,刀口移动方向应该和光束主轴重合，注2：寸口长度不得小于光策估计觉度的2倍，9
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中华人民共和国国家标准
GB/T 13739—2011
代替GB/T137391992.GB/T13740—1992,GB/T137411992激光光束宽度、发散角的测试方法以及横模的鉴别方法
Test rnethods for laser beam widths, divergence angle and transverse mode2011-12-30 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淮花管理委员会
2012-05-01实施
GB/T 13739—2011
规范性引用文件
术语和定义
测试环境的耍求
测试设备的要求
安全防护
测试方法的选择
4. 5测试准备
5激光光束宽度测试方法
5.1激光光束宽度标准测试方法
5.2激光光束宽度替代测试方法
6激光光束发散角测试方法
6.1测试原理
6.2测试程序..
6.3测试结果
7横模的鉴别方法·
7.1百测鉴别法
7.2常见横模光庭图样
附录A（资料性附录）
本标准与GB/T13739—1992、GB/T13740-1992
-1992和GB/T13741-
比较的主要技术变化
附录B（规范性附录）
小孔扫描測试方法·
TTTKONKAA
本标准按照GB/T 1.1—2009给出的规则起草。GB/T 13739-—2011
本标准代替GB/T13739—1992激光辅射横模鉴别方法\，GB/T13740—1992激光辐射发散角测试方法\和GB/T13741—19924激光辐射光束直径测武方法*，与GB/T13739—1992、GB/T137401992和GB/T13741—1992相比，主要技术变化比较大，详细内容参见资料性附录A。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这些专利的责任。本标推的中国机械工业联合会提出。本标推由全国光辐射安全和激光设备标准化技术委员会(SAC/TC281)归口。本标准起草单位：北京光电技术研究所、中国电子科技集团公司第十一研究所。本标罹主要起草人;吴爱平,段振广、卢永红、李嘉伦、罗志军、赵鸿。本标所柜替标准的历饮版本发布情税为：-GB/T13739—1992;
--.-GB/T13740—1992;
GB/T13741--1992。
TTTKANTKACA
1范围
激光光束宽度，发爱散角的测试方法以及横模的鉴别方法
本标准规定了激光光束宽度、发散角的测试方法以及横模的鉴别方法。GB/T13739—2011
本标准适用于对在均匀介质自由传播、并在传播中功率密度分布取向相同或正交的激光光束进行光束宽度、发散角的测试。本标准适用于激光韬射高斯光束的横模的鉴别。本标准不适用于列阵类半导体激光器。2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件，凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的改单）适用于本文件：GB7247.1激光产品的安全第1部分：设备分类要求和用广指南GB/T15313激光术语
GB/T19022测量管理体系测量过程和测量设备的要求ISO11146-1激光和激光相关设各激光束宽度、发散角和束扩散率的试验方法第1部分：无象散和简单象散束(Lasersaadlaser-related equipment-Testmethodsforlaserbeamwidths，diver-gence anglcs and beam propagation ratios -Part 1:Stigmatic and simple astigmatic beams)ISO/TR11146-3澈光和激光相关设备激光光束宽度、发敢角和束扩散率的试验方法第3部分：内在和几何光束分类，扩散和试验方法细节【Iascrsandlaser-rclatedequipmcnt一Testmethadsfor laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios- Part 3: Intrinsic and gcomet-rical laser beam classification, propagation and details of test methods)3术语和定义
GB/T15313与GB7247.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1
实验金坐标蔡laboratorycoordatesystem定义实验室坐标系的X,Y,Z轴规定空间三个正交方向,可惯上乙轴和光束轴重合,X和Y轴分别与水乎和竖直方向--致，或以矩形阵列探测器的长短边方向一致，坐标原点选在2向测量考的起点。3. 2
测量乎面measurementplane
在轴向位置（z）进行光束功率（或能量）密度分布测量的X-Y平面称为测量平面。注：术语\功率密庭分布E()-属于连续波光源，在脉冲光源的情况，用\能量密度分布H(,y,）\代替，3.3
主轴坐标系principal axes coordintate system定义测量平面内光束功率密度分布的尘轴坐标系的x，Y',Z轴规定空间三个正交方向·其X轴1
TTTKAONTKACA
GB/T 13739—2011
是和实验室坐标系的X轴接近的光束宽度最大或最小的方向。如果X和X轴的夹角为土45\，则X轴是最大光束宽度的方向。
功率密度分布的一阶矩first order ioments of power distributlon,
确定光束的重心坐标。在测量平面内光束的功率(或能量)密度分布的一阶距[见式(1),(2)]表示为：
E(r,y,2)rdidy
式中：
E(a,y,)
-功率(或能量)密度分布
E(x,y,2)drdy
E(t,y;z)ydrdy
E(x,y,z)dedy
功率(或能量)密度分布的二阶
second order moments of power distributionoiag,
功率（或能量)密度分布上的归一化加权积分见式（3)、（4)、（5)表示为：E(a,y,z)(r-x)\dedy
E(x,y,e)dtdy
E(y,z-\drdy
E(a,y.2)dedy
E(1,y,2)(r -)(y-3)dady
E(+y,)drd,
注 1.角括号是运算符号,
注2：品只是一种符号表示，并不是真正的平方，该量可以取正、负或尽值，3.6
光束宽度 beam widths
dr(z).dey(z)
*++( 5)
位于轴上处的测星平面内，沿着光束分布主轴的光束宽度，定义为光束功率密度分布的中心二阶矩平方根的4倍[式(6)、（7)]，表示为：d =4d(z)
TTTKANTKACA
式中：
功率（或能量)密度分布在主轴X方向的中心二阶矩平方根。d =4,(z)
功率(或能量)密度分布在主Y方向的中心二阶矩平方根。a
GB/T 13739—2011
光束宽度快定光束的几何形状，最小和最大光束宽度之间的比见式（8)，表示为da
式中：
光束的椭圆度：
最小光束宽度；
最大光束宽度。
如果光束的糖圆度大于0.78，则认为功率（或能量）密度分布是圆形的，否认为光束是阅形的。光束直径[见式(9)表示为：
d.(2) =2/2(0 +a)+
式中：
光束真径，
光束传输比beam propagation rationsM.,M,M?
激光束的光束参数(即束腰宽度和远场发散角)乘积，与相同波长 TEM模的 Gaussizn 光束的光束参数乘积的比值。
对于椭圆形光束[觅式(10)、11)]表示为：,dac@
式中：
·波长，
式中,
主轴方向的束腰宽度：
主轴方向&的光束发散角。
d—主轴方向的束腰宽度；
主轴方向的光束发角。
对于圆形光束[见式(12)表示为：M3==,d.o,
式中：
束腰直径，
光束发散角，
TTKANTKACA
-（123
GB/T 13739—2011
4要求
4.1测试环境的要求
应该满足被测激光器和所用测试仪器便用说明书中规定工作环境条件。通常一般测试在环境温度15 它 ~ 35 C,相对湿度 45% ~75%的常压条件下进行,件裁测试在环境温度(25 士2)℃,相对湿度45%~55%的常压下进行。整个测量系统应处于无明显振动，气流、烟尘和杂散辐射的环境中，不得有影响测量结果的干扰。
4.2测试设备的要求
测试仪器设备应符合GB/T19022的要求。本标准强调以下几点：a）对光学零件的要求：测试所用光束变换和/或案焦的光学零件要适应所測激光波长，应尽量满足无像差的要求，并要有足够的孔径，使得其所造成的总功率（或能意）损失不大于1为对光衰减器的要求：测试所用光衰减器应使其对波长依赖性、偏振依赖性、角度依赖性，非线b)
性和非均勾性最小，或可通过标定和数据处理得到一定程度的惨正；对光学系统的要求：试所用光学系统应尽减少散斑和干涉效应引起的干扰，使相对功率密度分布没有明显变化：
对探测器系统的要求：所用阵列式操测器覆蓝光短主轴方向光束宽度的像数不应低于100。探测器的动态范围不低于8bit。需特别细心查明探测器表面的摄伤阐值，以便不被邀光光束击穿。应从制造者的数据或通过测量确认探测器系统的输出量（例如电压)与输人量（光功率成性关素，并标定探测器系统的被长依赖性，非线性和非均寸性，使得可能经数据处理得到一定程度的修正。
4.3安全防护
测试过程的安全防护应符合GB7247.1的有关规定。4.4测试方法的选择
测试方法的选择应根据被测激光设备和所具有的测试设备茶件，由本标准规定的其中一种方法进行测试。小孔扫描方法按附录B中规定的试验方法进行。4.5测试准备
测试工作应按以下要求做好准备：a）了解所测激光的输出特性和技术规范，按有关测量参数选择测量方法，组成适用的测量系统：b）采取诸如试验装置机械振动的弱离，屏蔽外部的辐射，实验室的恒温等适当措施，使所测量结果的不确定性最低
应该特别小心，在离功率激光光束路径的大气环境中，确保不含有吸收激光辐射和引起被测光束热确变的气体和水汽
调整测量系统和/或被测微光器，使两者共轴；按照实验室安全规则和邀光防护要求，对场地和仪器设备检查，符合要求后方可进行测试。4
5激光光束宽度测试方法
5.1激光光束宽度标准测试方法
5. 1. 1 概述
CB/T 13739—2011
按照 IS0 11146-1 的规定，采用二维阵列探测器记录测盘平面内的功率(或能量)密度分布,计算该分布的中心二阶矩，从而确定激光光束的宽度。称为密度分布方法，定义为标准方法。对于难于找到合适阵列探测器的激光光束宽度测盘，则采用扫描探针采集国象法。用小孔探针对光束进行二维扫描来样，得到光束功率(或能暨)密度分布。5.1.2阵列探测器采集图象法(CCD法）5. 1. 2. 1 测试原理
测试装见图1。利用二维阵列探测器（如面阵CCD、面阵CMOS、面阵热释电等光探测器件），采集测盘面内光束的功率（或能量）密度分布，对采集数据施加适当的背景修正。对测得的功率（或能量）密度分布计算-阶矩和中心二阶矩，再从中心二阶矩确定光束宽度d（）和（）如果符合国形功率(或能量)密度分布的条件，则确定光束直径d.(α），说：
激光器；
光束变换疫减系统：
CCD接收器：
4--计算机：
5·CCD式激光束诊断分析系统。图1CCD法定光束宽度的装置
5. 1. 2. 2测试程序
测试程序按下列步强进行！
激光器至少预热1h（或按制造商说明），达到正常工作e)
b）按照光束和探测器尺寸，确定是否需要对光束进行变换，并选择合适的光学系统；）根据被测激光的强度和探测器的饱和阅值，选择合适衰减量，以充分利用探测器的动态范围，d）确定测量面的轴向位置z，采集光束功率（或能量）密度分布的数据（即光斑图象）：e
在每个位置至少重复5次，以确定所测得的光束宽度的乎均值和标准偏差。5. 1, 2. 3测试结果
测试结果按下列步骤得到：
）在计算光束宽度前，应对测量的功率（或能量）密度分布进行背录校正。5
GB/T13739-—-2011
计算光束功率（或能量）密度分布的一阶矩和二阶矩，重要的是需要找出合适的积分面积（称为b)
积分面积的数据子集），见图2。可用如下选代程序寻找该数据了集并得到最后结果，由初始假设的积分面积开始，完成式（1）~式（5）的积分，给出近似的光束重心和光束在X1）
和Y轴方向的宽度：
新的积分面积的中心选在光束的近似重心，积分的尺寸为X和Y方向光束宽度的3倍，在这样的积分面积上完成式（1）～式（5）的积分。得到更近似的光束重心和光束的宽度：3）重复选代直到获得收敛的结果，利用式（13）～式（15)求出最大或最小光束宽度方向和实验室坐标相同X轴之间的夹角（即光c
束功率密度分布的方位角）。
对于。丰。[见式（13)，表示为：g(z)
式中：
一光束功率密度分布的方位角。对于。-。[见式（14)、（15)，表示为：ercta
p=sgn）
d）对光斑图象进行旋转角度亚的坐标变换，得到E(，y，z）。e）对E(，y+zm)按5.1.2.3b)给出的选代程序得到合理的积分面积和收敛的结果。注，此时的，一0。
-（13)
...(15)
）根据光束功率密度分布的中心二阶矩，按式（6)和式（7)计算光束宽度da和d。如果光束的最小和最大宽度满足式（8），则按式（9)计算光束直径d，说明：
一积分区轮席。
图2积分区
5.1.3扫描探针采集图象测试方法5.1.3.1测试原理
测试装置见图3。对于难于找到合适阵列探测器的激光光束宽度测量，采用扫描探针采集图象法。6
GB/T 13739—2011
在功率（或能量）探测器前放置一针孔组成采样探针，利用操针对光束进行二维扫描采样，也可以得到光束功率(或能)密度分布。
5.1.3.2测试程序
按5.1.2.2的规定
2）探测器示惠图
说明，
光束横截面：
探针：
一小孔；
转台，
平动，
转动；
微光束；
-小孔，
探测器+
b）测量示意图
第一反射面，
中空管；
12-第二反射面。
图3扫描探针采集图象法测定光束宽度的装置5. 1. 3. 3测试结果
由测得的功率密度分布计算光束宽度或直径，按5.1.2.3的规定。注T：对于圆对称的高斯束,利用探针经过光束中心的一维打描，得到沿光束直径的部面内归一化功率分布曲线，即可以得到光束直径。
注2：应该细心以确保在整个扫横周期的激光输出在空域和时域是稳定的。5. 2激光光束宽度替代测试方法5. 2. 1概述
按照ISO11146-3的规定，利用激光功率（或能量>计，测激光光束特定面积占总功率（或能盘)的百分比，从而得到激光光束的宽度或直径，称为透过功率方法。这些方法，使用投备简单，但能够测量光束宽度或光束直径，其精度在许多情况是可以接受的。定义为替代方法。5.2介绍的计算方法不是基于确定空间功率分布菌数的二阶矩，但是至少对儿种情说<见表1)已经证实，使用本部分中的任一替代方法与本标准第5章中的标准方法确定的光束传输比，其结果之间存在以下相关性[见式（16)汀.表示为：VM=c;M -1)+1
式中：
替代方法1和标准方法之间的相关因子：M——按替代方法主得到的光束传输比。(16)
GB/T 13739—2011
替代方法
可变孔径法（见 5,2,2)
移动刀口法（见5. 2. 3)
移动缝照法(见5.2,4）
表 1替代方法的相关系数
相关系数 c
注：这些相美系数经证实，适用于具有稳定谱握腔结构的气体邀光光束，功率达10W(CO。光光束功率可达1kW)和最高光束传输比M\=4的无像散光桌。对于更高M\值和其他类型的激光，相关因于有持验证。利用这种光束传翰比之间的关系，对于测定的光束宽度或直径，可以依赖M\的相关因子，确定激光光策宽度或直径[见式（17)],表示为：d,
(M -1)+
式中：
按替代方法测得的光东宽度或光东直径。下面将对这三种方法逐个予以说硼，5.2.2可变孔径测试方法
5. 2. 2. 1 测试装置
测试装置见图 4.
说明：
微光器
光束，
可变光：
探测器
图4可变孔径法测定激光光束宽度的装置5.2.2.2测试原理
-( 17)
该方法基于高斯光束真径的定义。可变光阐位于谢量平面用来确定透过功率，其透过功率是孔径真径的函数。通过缩小孔径的直径，透过总功率（或能量）86，5%时的直径是未修正光束直径。注本方法适用于圆形功率密康分布的光束。5. 2. 2. 3测试程序
测试程序按下列步骤进行：
a）不加光阐，或光阐孔径增大到便光束全部透过时，记录光束总功率（或能量）P。（Q）b）可变光属作为测量平面必须垂直于光束轴，调整可变光阑的测量孔对中在光束轴上，精度至少是测量光束估计宽度的10为。对中方法是减小可变光闲的孔径到大约80%功率透过，并移动孔径到最大功率或能量）透过：C）以每步透过功率(或能量)减少5%的步距减小通光孔径尺寸，在读数为总功率（或能查)的8
GB/T 13739-2011
86.5为时,记录其上--步和下一步的孔径尺寸(d，d）,和相应的功率（或能量)读数（P,，P,）变能量读数(Q1,Q3) t免费标准下载网bzxz
d）至少测量 5次，每玖按5.2.2. 4的规定计算，最整求出结果的平均值和标准偏差。5. 2. 2. 4测试结果
根据内插公式，让算末修正的光束直径厂见式（18）表示为：ds.s =d +[(P.s -P1) .(dd)/(P2-P,)式中：
可变孔径法未修正的光束直径，Pgd.s-—总功率(或能量）的86.5%。根据修正公式计算相应的光束直径[见式（19)表示为：de=ds6.5
武中：
[1. 14(/Mes -1)+1]
可变孔经法根据懿正公式计算的光惠直径：可变孔径法的光束传输比。
5.2.3移动刀口测试方法
测试装置
测试装置见图5。
说明：
光电采来器
4·-一移动台;
5——测微器。
图 5移动力口法测定光东宽魔的装置5.2.3.2测试原理
在固定的大面积探测器前，移动刀口切割光束，使探测器测出的功率（或能量)是刀口位置的函数，84%和16%透过功率（或能量所对应的两个刀口位置之间距高的2倍+是未正的光束宽度。注1：当涉及椭圆形光束时,刀口移动方向应该和光束主轴重合，注2：寸口长度不得小于光策估计觉度的2倍，9
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