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GB／T 42257-2022 铬铒共掺钇钪镓石榴石晶体光学及激光性能测量方法.pdf

Cr =xCr =xEU

将待测激光晶体放置在两平行偏光镜间和两正交偏光镜间，测试光从待测激光晶体一端入射，在激 光晶体另一端出射。先调整检偏器至刻度90°，然后微调检偏器，观察探测器显示数值，当显示数值最 小时，此时系统为正交偏光状态，记录此时的I，然后将待测晶体放置于光路后转动晶体至光强显示数 值为最大时，记录此时的1；再将检偏器旋转90°，此时为平行偏光状态，记录此时的1，按公式（13)计 算消光比：

I ·....................··（·13

消光比测量装置由激光光源、起偏器、检偏器、被测晶体元件、光阑和探测器等元器件组成，应符合 以下要求： a）激光器的波长为1064nm，连续输出； b）激光光源功率5mW～10mW，功率不稳定度不大于1%； c）入射激光发散角不大于2mrad； d）探测器用光敏元件应在线性区工作，精度不低于0.001mW，探测器有效面积直径不小于 10mm; e）系统的E（未放人待测激光晶体元件，光束直径为待测激光晶体元件直径的80%～90%时） 不小于40dB； f) 测量过程均在遮光环境中进行； g) 重复测量5次~10次，以保证测量的准确性。

按GB/T35118一2017中5.1的规定测量E。，具体步骤如下： 1）t 打开1064nm激光器第九联箱梁预应力施工方案，预热20min以上，使输出光强达到稳定度要求； b）将待测样品B放入光路中，使光束正人射激光晶体棒中心； 调整光阑，使光束直径为被测激光晶体棒直径的80%～90%； d) 2 取下被测激光晶体棒，调整检偏器至刻度90°时为正交偏光状态，然后微调检偏器，观察探测器 显示数值，当显示数值最小时，记录测量1； e) 旋转检偏器至刻度0°，使系统为平行偏光状态，然后微调检偏器，观察探测器显示数值，当显示 数值最大时，测量并记录此时的1》，按公式（14)计算系统消光比，当系统的E，不小于 40dB，则可以进行待测激光晶体棒消光比的测量：

E =10· 1g（)

f) 旋转检偏器至刻度90°，然后微调检偏器，观察探测器显示数值，当显示数值最小时，再将被源 激光晶体棒放人光路中，并旋转激光晶体棒，测量并记录此时的1； 再旋转检偏器至刻度0°，测量并记录此时的1； 3 D) 将I、1和1代入公式（13)，计算出被测激光晶体棒的消光比值； 7 重复步骤d）~h）5次~10次，以保证测量的准确性。

6.2.4.1不确定度的主要来源

不确定度的主要来源包括： a） 人射光与激光棒人射面不垂直引入的不确定度； b） 测量仪器引入的不确定度； c) 重复测量I引入的不确定度； d 重复测量1引入的不确定度

5.2.4.2不确定度分量评

不确定度分量按以下方法评定：

不确定度分量按以下方法评定：

a) 入射光与激光棒入射面不垂直引入的相对不确定度为0.7%，由于该值相对较小，可忽略不计； b0 测量仪器引入的相对不确定度（u2）为B类不确定度，即重复测量I引人的相对不确定度，按 公式（15）计算：

uai一一测量仪器（消光比测量装置）引人的相对不确定度； I一一正交偏光状态下光路中未放置激光晶体棒时，输出光强的第i次测量值； I一一正交偏光状态下光路中未放置激光晶体棒时，输出光强的n次测量平均值 C） 重复测量1引人的相对不确定度（u22）为A类不确定度，按公式（16）计算：

6.2.4.3合成标准不确定度

UE 激光晶体棒消光比的合成标准不确定度，单位为分贝（dB)； E 一激光晶体棒消光比的n次测量平均值，单位为分贝（dB)。

6.2.4.4扩展不确定度

数光晶体棒消光比的扩展不确定度，单位为分贝（

6.2.4.5测量结果表示

测激光晶体棒的E，测量结果，按公式（20)计算

采用工作波长为1064nm的激光干涉仪，准确度不应低于入/2

选择样品B，按GB/T11297.1一2017第7章的规定测量波前畸变。 注：因Cr，Er：YSGG中不可避免地会含有少量的Cr离子，在1μm波长处存在吸收，因此样品B的长度不大于 50mm

6.3.4.1不确定度的主要来源

不确定度的主要来源包括： a）激光棒长度误差引人的不确定度； b）测量仪器引人的不确定； 重复测量引人的不确定度

6.3.4.2不确定度分量评定

不确定度分量按以下方法评定： a） 激光棒长度误差引人的不确定度。在激光棒长度误差为0.5mm时，引人的不确定度仅为 0.0013入/25.4，相对不确定度不大于1%，因此可以忽略不计； b）测量仪器引人的不确定度（u3）为B类不确定度，按公式（21)计算：

u31一—测量仪器（激光干涉仪)引人的不确定度，以入（波长)计，单位为纳米(nm)； é1一一测量仪器（激光干涉仪)最小分度值的一半，以入（波长）计，单位为纳米(nm)。 C） 重复测量引入的不确定度（u32）为A类不确定度，按公式（22）计算：

u32一—重复测量波前畸变引入的不确定度，以入（波长)计，单位为纳米(nm); D；一一波前畸变的第i次测量值，以a（波长）计，单位为纳米（nm）； D 波前畸变的n次测量平均值，以A（波长）计，单位为纳米（nm）。

选取k=2，待测激光晶体棒波前畸变的扩展不确定度（Ub)按公式（24)计算： Un=k·un

6.3.4.5测量结果表示

待测激光晶体棒波前畸变测量结果按公式（25)表示： D =D+U

测试光通过激光晶体元件后，被后标准镜反射，再次通过激光晶体元件后与前标准镜反射的激 测量原理光路见图

在特定的光源波长下，分别调试并测出图1所示4种测量光路的波前畸变，进而按公式（26)计算 样品的光学均匀性

采用工作波长为1064nm的激光干涉仪（具备采集和处理干涉图与折射率关系的功能），准确度不

按以下步骤进行测量： 1） ）打开激光干涉仪，预热20min； b）将样品B置于多维调整架中，输人样品的L：和在光源波长处的折射率（n。）； c) 1M1 调整测试光路，调节旋钮至条纹出现2条～3条，测试样品B的T。； d) ）然后遮挡参照平面标准镜，测量样品前表面（S）的平面度； e) 测量样品B后表面（S）的平面度； f 17 移去多维调整架，测量空腔波前畸变（C。）； g）按公式（26)计算得到，也可由测量设备直接读出样品的△n； h）重复测量5次～10次，以保证测量的准确性。 注1：因Cr，Er：YSGG中不可避免地会含有少量的Cr+离子，在1μm波长处存在吸收，因此样品B的长度不大于 50mm。 注2：测量仪器激光干涉仪若为单波长的PSI，则待测样品B的平行度在5'左右。

6.4.4.1不确定度的主要来源

不确定度的主要来源包括： a） 1 由于CCD相机采样分辨率变化引入的不确定度； b） 样品长度引人的不确定度； c) 样品折射率（n。）测不准引人的不确定度； d） 重复测量T。、C。引人的不确定度； e) 重复测量A、A。引入的不确定度。

6.4.4.2不确定度分量评定

不确定度分量按以下方法评定： a） 由CCD相机采样分辨率变化引起的光学均匀性PV值最大相差为10一°量级，可忽略不计； b) 1 由待测样品长度引人的相对不确定度为0.5%，可忽略不计； 由待测样品折射率偏差引起的光学均匀性PV值最大相差为10量级，可忽略不计； C d) 由重复测量T。、C。引入的相对不确定度（u）为A类不确定度，按公式（27)计算：

重复测量A、A引入的相对不确

6.4.4.3合成标准不确定度

待测样品光学均匀性的合成标准不确定度（u），按公式（29）计算：

样品光学均匀性的合成标准不确定度： △n 样品光学均匀性的n次计算平均值

6.4.4.4扩展不确定度

选取k=2，样品光学均匀性（△n）的扩展不确定度（U），按公式（30）计算： Us=k·un .....（30） 式中： U 样品光学均匀性的扩展不确定度

6.4.4.5测量结果表示

单程损耗系数的测量系统设计为双光路，由测量光路与参考光路的光强进行比值测量，单程损 按公式（32）计算：

单程损耗系数测量装置由下列元器件组成：激光光源、532nm半导体激光器（指示光）、扩束镜、光 阑、分光镜、被测晶体元件、功率计或能量计。应符合以下要求： a）光源波长为Cr，Er：YSGG激光晶体预期的工作波长（2.79pm）； b）激光输出功率在300mW～800mW范围内，功率波动不大于2%，光斑直径为1mm～2mm； c）扩束后的光源光束发散角小于3mrad； d）光阑可调范围为1mm~10mm； e）功率计精度不低于0.01mW； f) 损耗测量装置放置在坚固平稳的光学平台上，避免振动

羊品C，按GB/T27661规定的步骤测量单程损耗

不确定度的主要来源包括：

a） 能量计的响应、测量精度、校准情况带来测量的不确定度； b） 激光棒长度测量引入的不确定度； c) 重复测量K引人的不确定度； d 重复测量T引入的不确定度。

不确定度分量按以下方法评定： 1 能量计本身引人的相对不确定度（us）为B类不确定度，考虑到能量计读数满足均匀分布， 公式（33）计算：

能量计本身引人的相对不确定度； 能量计的最大相对误差。 由长度测量误差引入的相对不确定度为0.1%，可忽略不计； 重复测量K引入的相对不确定度（us）为A类不确定度，按公式（34）计算：

式中： u52一—重复测量K引入的相对不确定度； K一一分光镜光束比的第i次测量值； K 一一分光镜光束比的n次测量平均值； T 一放置样品时测量光路与参考光路光强比值的n次测量平均值。 d) 重复测量T引入的相对不确定度（us3），按公式（35）计算：

6.5.4.4扩展不确定度

式中： U 样品单程损耗系数的扩展不确定度，单位为每厘米（cm （

6.5.4.5测量结果表示

待测样品的单程损耗系数测量结果，按公式(38)计算： =+U

样品的单程损耗系数测量结果，按公式（38)计算： =0±U

按照波长的分布规律在一定空间内分开，利用探测器将光信号转换成电信号，得到光强按波长的 规律，绘制成相应的谱线。其中，最大光强处即为被测晶体样品的激光工作波长。测量原理目 2

图2激光工作波长的测量原理图

激光工作波长测量装置由下列元器件组成：激光电源、532nm半导体激光器（指示光）、聚光腔、泵 浦氙灯、被测晶体元件、全反镜、输出镜、衰减片、循环冷却水系统、光栅光谱仪。应符合以下要求： a）光谱仪波长探测范围为2.5μm～3.0μm； b）光谱仪在2.5μm～3.0um波段分辨率优于1nm； c）光谱仪在2.5μm～3.0um的扫描间距不大于1nm； d）光谱仪的波长准确度不低于0.2nm； e）光谱仪的波长重复性不大于0.1nm； f）光谱仪配备标准光源并定期进行波长校准及维护工作

按以下步骤进行测量： a）使用钠灯光源对光栅光谱仪进行校准； b） 选择样品C为工作物质，采用氙灯泵浦方式，利用532nm半导体激光器作为指示光调整光 路，实现稳定的激光输出； c） 设置光谱仪的狭缝宽度、监测波长； d）调节衰减片，使输出的激光束经过衰减片后人射到光栅光谱仪中，既满足准确测量的要求又不 会损坏光栅光谱仪； e) 设置波长扫描范围、扫描步长，开始测量； f) 获得光强按波长的分布谱线图，确认激光波长； g）重复测量5次～10次，以保证测量的准确性。

不确定度的主要来源包括： 日） 光栅光谱仪示值误差所引入的不确定度： b） 重复测量引人的不确定度

6.6.4.2不确定度分量评定

6.6.4.3合成标准不确定度

样品激光波长的合成标准不确定度，单位为纳米（

GBT35153-2017标准下载6.6.4.5测量结果表示

待测样品入的测量结果，按公式（43）表示

采用平一平面谐振腔测量激光棒泵浦输人能量和激光棒输出能量的特性曲线。在直角坐标系中以 输人能量为横轴，输出能量为纵轴做出此特性曲线。特性曲线直线部分的延长线与输入能量轴上的交 点6，可以用来表示该激光棒的激光阈值；特性曲线直线部分的斜率，可以用来表示该激光棒的斜率效 率，见公式（44）公式（45）：

·C·U2 2 ·（45

激光斜率效率测量系统由下列元器件组成：激光电源、532nm半导体激光器（指示光）、聚光腔、泵 浦氙灯、被测晶体元件、全反镜、输出镜、功率计或能量计、循环冷却水系统。 应符合以下要求： a）全反镜在2.79μm处的反射率不小于99.5%； b）氙灯和样品C固定在聚光腔内，聚光腔内通循环冷却水； c）车 输出镜在2.79μm处的透过率为5%~90%

6.7.4.1不确定度的主要来源

给水管道试压、冲洗消毒技术交底不确定度的主要来源包括： a） 0 循环冷却系统水温波动引人的不确定度； 能量计的响应、测量精度、校准情况带来测量的不确定度 c）线性拟合引人的不确定度。