本文件描述了激光束的波长、带宽和波长稳定性等光谱特性的测量方法。 本文件适用于连续和脉冲激光束的光谱特性测量。

ICS31.260
CCSL51
中华人民共和国国家标准國
GB/T42403—2023
激光器和激光相关设备
激光光谱特性测量方法
Lasersand laser-related equipment-Testmethodsforthespectralcharacteristicsoflasers(IsO 1 3 695 :200 4 , Opticsandphotonics—Lasersand laser- related equipmentTestmethodsforthespectralcharacteristicsoflasers,MOD)2023-03-17发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2023-10-01实施
1范围
2规范性引用文件
3术语和定义
4符号和缩略语
5波长和带宽的测量
5.1测试准备
5.2低分辨力测量
5.3高分辨力测量
6波长稳定性测量
6.1波长与工作条件的相关性
6.2单频激光器的波长稳定性
7测试报告
附录A (资料性)
附录B（资料性）
附录C (资料性)
参考文献
空气的折射率
光栅单色仪及其附件的选择准则一校准法布里-珀罗干涉仪的选择准则
GB/T42403—2023
GB/T 42403—2023
本文件按照GB/T1.1一2020《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。
本文件修改采用ISO13695:2004《光学与光子学激光器和激光相关设备方法》。
本文件与ISO13695:2004相比做了下述结构调整：激光光谱特性测量
一删除了ISO13695:2004的第5章，ISO13695:2004的第6章~第8章对应本文件的第5章~第7章；
一IS013695:2004的6.1~6.4合并为本文件的5.1,IS013695:2004的6.5、6.6分别对应为本文件的5.2、5.3。
本文件与ISO13695:2004的技术差异及其原因如下：一用规范性引用的GB/T15313替换了ISO11145，以适应我国的技术条件、增加可操作性（见第3章）；
一用规范性引用的GB/T27418替换了《测量不确定度的表达指南》（GUM），以适应我国的技术条件、增加可操作性(见第3章）；一更改了光谱带宽的定义和符号，同时更改了表1中相应的符号，以适应我国实际使用范围（见3.11、表1)。
本文件做了下列编辑性改动：
一标准名称改为《激光器和激光相关设备激光光谱特性测量方法》；一用v代替f,用Vav代替fav,以适应行业习惯，用v表示光辐射频率(见3.1、3.8）；一增加了“光谱辐射功率[能量]分布”的许用术语，以适应国内行业术语使用习惯(见3.4）；一增加了“光谱带宽”定义中的注1和注2，以适应我国实际使用范围(见3.11）；一增加了表题(见表 1）；
一标题由“在空气中测量”更改为“在空气中测量时空气折射率的确定方法”，更符合本条实际内容(见5.1.5)；
一用入。代替入vac，与3.1规定的符号保持一致（见5.3.5）；一更改了f的计算数值，因原文计算结果有误(见A.1）；一更改了分辨本领Rk的公式，因原文公式有误（见B.1.2）；一更改了RT1的脚标，因原文排版不合理(见B.1.3和B.1.5）。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。本文件由全国光学和光子学标准化技术委员会（SAC/TC103）归口。本文件起草单位：西南技术物理研究所、中国兵器工业标准化研究所、深圳市星汉激光科技股份有限公司、电子科技大学、武汉安扬激光技术股份有限公司、中国科学院上海光学精密机械研究所、福建海创光电技术股份有限公司、中国科学院大连化学物理研究所、帛度光电科技(苏州)有限公司、珠海光库科技股份有限公司。
本文件主要起草人：叶大华、贺也、李彬、杜梦影、周少丰、李斌成、陈抗抗、冯素雅、张哨峰、李刚、孟凡萍、汪瑶、邓剑钦。
1范围
激光器和激光相关设备
激光光谱特性测量方法
本文件描述了激光束的波长、带宽和波长稳定性等光谱特性的测量方法。本文件适用于连续和脉冲激光束的光谱特性测量。2规范性引用文件
GB/T 42403—2023
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/T15313激光术语(GB/T15313—2008,ISO11145:2006,MOD)GB/T27418测量不确定度评定和表示(GB/T27418—2017,ISO/IECGuide98-3:2008,MOD）3术语和定义
GB/T15313和GB/T27418界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1
真空中的波长wavelengthinvacuum入。
光辐射在真空中传播的波长。
注：对于频率为 v的光辐射,真空中的波长 >O=c/v,其中 c= 299 792458 m/s。3.2
空气中的波长wavelengthinair
入air
光辐射在空气中传播的波长，与真空中的波长的关系见公式(1）：式中：
nair一空气的折射率见5.1.5）。入air =入o/nair
.（1）
注：环境大气的特性，如湿度、压强、温度和成分都影响nair。因此，在测试报告中给出真空中的波长，或在标准大气中的波长更好。使用5.1.5中给出的公式，由入ai和nair能计算真空中的波长和标准大气中的波长，3.3
标准条件下干燥空气中的波长wavelength indryairunderstandardconditions入std
光辐射在标准条件下的干燥空气（0%湿度）中传播的波长，与真空中的波长的关系见公式(2）：式中：
入std =入o/nstd
nstd一标准条件下空气的折射率（见5.1.5）。...2)
GB/T42403—2023
注：本文件在5.1.5中定义了标准条件下的空气。请注意，文献中有其他各种“标准条件”的报道，因此，有必要在测试报告中说明引用的标准条件。3.4
光谱辐射功率[能量］分布spectralradiantpower[energy]distribution辐射功率[能量]谱密度radiantpower[energy] spectraldensityP(入)，[Q(入)]
激光束在d入波长范围内传播的辐射功率dP(>)[或脉冲激光的辐射能量dQ(入)]与d入的比值，见公式(3)：
Q(a)=dQ（)
（3）
注：激光束在任何波段入iow～入high内所传播的辐射功率(能量）见公式(4）：P;(a>da
峰值波长
peak wavelength
光谱辐射功率(能量)分布为其最大值时的波长。见图1。Q:(a>da
加权平均波长(一阶矩)
weighted averagewavelength(firstmoment)入g
表示光谱辐射功率(能量）分布的重心的波长，见公式(5）：aS(A)da
s(a)da
式中：
.（4）
（5）
S(入)一连续激光的光谱辐射功率分布P^（入），或脉冲激光的光谱辐射能量分布Q(入）。见图1。注：积分下限入min和积分上限入max的选择见5.1.3.2。centralwavelength
中心波长
谱线或模式的波长加权平均值，见公式（6）：..（6）
式中：
一第：个谱线或第：个模式的波长；一第;个谱线或第i个模式的相对辐射功率；imin，imax一分别代表小于和大于入。并且离入。最远的两个谱线或模式。注1：通常，选择求和区间时，使超出该区间的谱线或模式的相对辐射功率小于位于入。的最强谱线或模式的相对辐射功率的1%。
注2：此定义对多模激光器特别有用。平均波长averagewavelength
光速c与平均光辐射频率Vx的比值，见公式（7）：入av=c/Vay
注：平均光辐射频率Va能直接测量，例如通过外差测量方法（见5.3.5）。均方根光谱辐射带宽（二阶矩）GB/T42403—2023
.（7)
RMS spectralradiationbandwidth(second moment)光谱辐射功率（能量）分布的二阶矩，见公式（8）：)Sd
.（8）
式中：
S(入)一连续激光的光谱辐射功率分布P（入），或脉冲激光的光谱辐射能量分布Q（入）。见图1。注：积分下限入min和积分上限入max的选择见5.1.3.2。3.10
均方根光谱带宽
A入rms
RMSspectralbandwidth
均方根带宽定义见公式(9），参见图1。2 (a, )
式中：
一第i个谱线或第i个模式的波长；一第i个谱线或第i个模式的相对辐射功率；一中心波长；
imin,imax一分别代表小于和大于入。并且离入。最远的两个谱线或模式。.（9）
注1：通常，选择求和区间时，使超出该区间的谱线或模式的相对辐射功率小于位于入。的最强谱线或模式的相对辐射功率的1%。
注2：此定义特别适用于多模激光器。3.11
光谱带宽spectralbandwidth
光谱辐射功率(能量)分布是其峰值的u%时，波长之间的最大差值。注1：半高宽光谱带宽(FWHMspectralbandwidth），A入μ：光谱辐射功率(能量）分布是其峰值的一半时，波长之间的最大差值。见图1。半高宽光谱带宽也称为3dB光谱带宽。通常，没有特别说明百分比的光谱带宽是指半高宽光谱带宽△入H。
注2：20dB带宽（20dBspectralbandwidth），△入20dB:光谱辐射功率（能量）分布是其峰值的1%时，波长之间的最大差值。
谱线宽spectrallinewidth
在6入波长范围内光谱辐射功率(能量)分布是其峰值的一半时，在6入波长范围内波长之间的最大差值。见图1。
注：谱线宽△入，与半高宽光谱带宽△入μ相似，但为单模(纵模)或在S入波长范围内具有明确可区分和标识的光谱特征而定义的。
GB/T42403—2023
模式间距modespacing
Fmsp [Smsp]免费标准下载网bzxz
相邻两个纵模之间的间隔，用频率(Fmsp）[波长（Smsp)]表示。见图1。%
标引序号说明：
入一波长。
图1激光的光谱特性一参数定义图解3.14
纵模数numberoflongitudinalmodesNm
指定带宽(通常是均方根光谱带宽△入rms）内的纵模的数量。3.15
边模抑制比side-modesuppression ratio位于入。的最强模式的相对辐射功率I。与位于入，的第二强模式的相对辐射功率I，的比值，见公式(10)：
SMS=101g(元
如图2所示。
注：在实践中，认为SMS等于最强和第二强模式的光谱分布的峰值的比值，见公式（11）：rsca,)
SMS= 10lg[5(x.]
式中：
入一波长。
图2边模抑制比
....（10)
...(11)
脉冲重复频率
pulserepetitionrate
重复脉冲激光器每秒发出的激光脉冲数。3.17
波长的温度相关性temperaturedependenceofwavelength8
单位温度T变化引起的激光波长的变化量，见公式(12）：da
波长的电流相关性
currentdependenceofwavelength8入
单位电流I变化引起的激光波长的变化量，见公式(13）：d
激光器的艾伦方差
(2,t)
Allan variancefora laser
在平均时间T内频率波动的双样本方差，见公式(14）：;(2t)=(区( +1)-()>
式中：
一数据集的平均值；
y(k)一这个数据集中第k次y的测量值一在时间t内y(t)的平均值。
注1：频率测量时，分数偏差y(t)见公式(15）：式中：
v(t)一瞬时频率;
V。一标称频率。
y(t) = [v(t) -vo] /vo
GB/T42403—2023
.（12）
.（13）
..(14)
（15）
测量时间都是T,并且在相邻测量之间没有停止时间。当T<100s时，数据集需至少包含100个数据。对于较长的时间，数据的数量可以减少，但应在测试报告中说明。注2：能通过外差测量获得，其中频率差△v在测量时间T内积分，并按振荡频率V。归一化。注3：由于y:
，因此(2.)同时衡量频率稳定性和波长稳定性。注4：有关更多详细信息，请参阅参考文献[2]。3.20
仪器响应函数
R(入,入。)
instrumentalresponse function当入射波长为单色波长入。时，仪器在设定波长入的输出信号。注：通常，在仪器的有效波长范围内，R(入,入。)几乎与入射波长入。无关，也就省略了第二个变量。对于正确调整的仪器，仪器响应函数R(入,入。）的一阶矩入g宜等于入射波长入。，即入g=入。该一阶矩入g见公式(16）：5
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