style="width:6.51989in;height:0.94666in" />激光器电源 激光器高压电压表
本文是学习GB-T 7257-2013 氦氖激光器参数测量方法. 而整理的学习笔记,分享出来希望更多人受益,如果存在侵权请及时联系我们
本标准规定了氦氖激光器的主要参数的测量方法。
本标准适用于氦氖激光器(以下简称"激光器")。
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
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GB 7247.1 激光产品的安全 第1部分：设备分类、要求
GB/T 15175—2012 固体激光器主要参数测量方法
GB/T 15313—2008 激光术语
GB/T 15313—2008 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
预热时间 warm-up time
激光器从着火时刻起，在给定的工作电流下，达到产品标准所规定的特定参数指标(通常为输出功
率、输出功率稳定度或光谱宽度)所需的时间间隔。
3.2
着火电压 discharge voltage
使激光器的放电管着火时，两电极间所需的最小电压。
3.3
额定工作电流 rated current
激光器输出功率为额定功率时的电流值。
3.4
管压降 voltage drop
激光器在给定的工作电流下，放电管两电极之间的电压。
3.5
输出功率 output power
在规定模式和指定的波长下，激光器在给定工作电流时在输出端所输出的激光功率。
3.6
光束偏移 beam maximal excursion
在规定时间范围内，光斑中心最大的离轴角度。
GB/T 7257—2013
环境温度：15℃~35℃;
相对湿度：25%～75%;
大气压力：86 kPa～106 kPa。
环境温度：25℃±1℃;
相对湿度：48%～52%;
大气压力：86 kPa～106 kPa。
整个测量系统应处于无明显振动、气流、烟尘和杂散辐射影响的环境中，不得有影响测量结果的
干扰。
4.2.1 测量所用的仪器仪表必须对所测波长响应。
4.2.2
除非另有规定，测量所用的激光功率计、能量计的不确定度应优于5%,其他仪器仪表的不确定
度应优于1.5级。
4.2.3 测量所用的仪器仪表应是经计量机构检定合格，并在有效期内使用。
4.2.4
为了保护仪表免受不允许的突然过载，允许在测量设备上采用保护装置，但不应该影响测量
精度。
4.2.5
测量所用的仪器仪表应稳定可靠，量程可用，并防止外界条件对它们的影响。
4.2.6
测量所用的仪器仪表的供电电源必须是稳定的。具体要求在产品标准中规定。
安全防护应符合 GB7247.1 中的有关规定。
4.4.1
在进行参数测量之前，须对激光器进行预热，各项指标稳定(除预热时间测量以外)。
4.4.2
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
之后测量各有关参数(除预热时间测量以外)。
除非另有规定，参数测量应按下列要求做好准备：
a) 按有关参数测量的原理方框图组成测量系统；
b) 准备符合4.1要求的测量环境条件；
c) 按产品标准的要求选择测量仪器。
GB/T 7257—2013
测量激光器从着火到待测参数达到规定的特定参数指标所经历的时间。
测量原理图见本标准所对应参数测量方法中的原理图。
5.1.3.1
使被测激光器着火，并立刻调到给定的工作电流。将此刻定为预热时间的起始时刻，开始
计时。
5.1.3.2
当激光器的待测参数达到产品标准所规定的特定参数指标时，通常为输出功率、输出功率稳定
度或光谱宽度，则定为预热时间的终止时刻。
当激光器的放电管着火时，测量加在两电极之间的电压。
测量原理图见图1。
style="width:6.51989in;height:0.94666in" />激光器电源 激光器
高压电压表
注：在测量时允许在放电管阳极端加镇流电阻。
图 1 激光器着火电压测量原理图
5.2.3.1 接通电源，使放电管两电极之间的电压从0 V
起缓慢增加，直至放电管着火，从电压表上读出
着火瞬间的电压值，即为着火电压。
5.2.3.2 重复测量三次，取其中最大的一次电压值。
测量激光器在输出功率最大时的电流值。
测量原理图见图2。
GB/T 7257—2013
style="width:6.51329in;height:2.19318in" />激光功率计
激光器电源
图 2 额定工作电流的测量原理图
5.3.3.1 按产品标准的规定对激光器进行预热。
5.3.3.2
调电流使激光器的输出功率达到额定功率，此时从电流表上读取的电流值即为额定工作电流。
测量在给定的工作电流下，激光器放电管两电极之间的电压。
测量原理图见图3。
style="width:5.98669in;height:2.19318in" />激光器电源 激光器
激光功率计
高压出压表
图 3 激光器管压降的测量原理图
5.4.3.1 按产品标准规定对激光器进行预热。
5.4.3.2 在给定的工作电流下，从电压表上读取电压值。
在规定的工作条件下，测量激光器在给定的工作电流时在输出端所输出的激光功率。
测量原理图见图4。
style="width:6.4933in;height:0.96668in" />激光器电源 激光器
激光功率计
图 4 激光器输出功率的测量原理图
GB/T 7257—2013
5.5.3.1 按产品标准的规定对激光器进行预热。
5.5.3.2
激光功率计的接收器和激光器输出端之间的距离不得小于10 cm;
并应保证激光束全部射入 接收器内。
5.5.3.3
确认激光器工作在规定的模式下，将电流调至给定的工作电流，用激光功率计测出激光器的输
出功率，每隔规定时间测一次，共测 n 次(n≥10), 取平均值。
在规定的时间范围内，测量激光器输出功率随时间波动的特性。
测量原理图见图5。
style="width:8.27361in;height:0.96042in" />
图 5 激光器输出功率不稳定度的测量原理图
5.6.3.1 按产品标准的规定对激光器进行预热。
5.6.3.2
将激光功率计对准激光束，将激光功率计输出信号送记录仪。将记录仪调至适当的灵敏度和
扫描速度。
5.6.3.3
开启整个测量系统，在规定时间范围内进行记录。在记录曲线上按等时间间隔取
n 个数值P, (n≥10 次),按式(1)计算平均值。
式中：
style="width:1.59331in;height:0.69908in" />
…… …………………………
(1)
P— 输出功率平均值，单位为瓦(W);
P,—— 第 i 次测得的输出功率，单位为瓦(W);
n ——测量次数。
5.6.3.4 在记录曲线上，查出其中最大值Pmax和最小值
Pmin,按式(2)计算：
△P=Pmax Pmin ……………………………… (2)
式中：
△P— 功率变化量，单位为瓦(W);
Pmax 输出功率最大值，单位为瓦(W);
Pmim——输出功率最小值，单位为瓦(W)。
5.6.3.5
按式(3)求出规定时间范围内的激光器输出功率的不稳定度：
style="width:2.43332in;height:0.66in" /> (3)
GB/T 7257—2013
式中：
S,—— 输出功率不稳定度，%;
△P—— 功率变化量，单位为瓦(W);
P — 输出功率平均值，单位为瓦(W)。
5.6.3.6
按式(4)求出规定时间范围内的激光器输出功率的标准差：
style="width:2.76671in;height:1.1198in" /> (4)
式中：
P。 — 功率标准差，单位为瓦(W);
P,-- 第 i 次测得的输出功率，单位为瓦(W);
P — 输出功率平均值，单位为瓦(W);
n — 测量次数。
5.6.3.7
激光器输出功率的不稳定度也可用标准差表示，按式(5)计算输出功率不稳定度标准差：
style="width:2.25994in;height:0.68662in" /> (5)
式中：
δ — — 输出功率不稳定度标准差，%;
P。——功率标准差，单位为瓦(W);
P 输出功率平均值，单位为瓦(W)。
按照5.5的测量方法得到每次测量值P 、 最大功率值 P 和最小功率值
Pmim,通过式(2)～式(5)
得到输出功率不稳定度和输出功率不稳定度标准差。
5.6.5.1
激光功率计对接受波长的光要有高的灵敏度和足够快的时间响应，并在规定的功率密度下使
用，没有饱和现象，且激光功率计的不确定度不低于1.0级。
5.6.5.2 测量系统在测量功率范围内要求线性。
测量激光器输出波长。
测量原理图见图6。
style="width:6.2466in;height:0.95348in" />激光器电源 激 光 器 光 谱 仪
图 6 激光波长测量原理图
GB/T 7257—2013
5.7.3.1 按照产品标准规定对激光器进行预热。
5.7.3.2
调整激光器，按照光谱仪使用要求，将激光光束入射到光谱仪入射窗口。
5.7.3.3 记录光谱仪的测量结果。
测量激光器输出激光光谱宽度。
测量原理图见图7。
style="width:8.61389in;height:0.93333in" />
图 7 激光光谱宽度测量原理图
5.8.3.1 按照图7调整测量系统。
5 .8 . 3 . 2对满足产品标准要求的 F-P
共焦球面扫描干涉仪及激光器进行预热。
5.8.3.3 直接记录示波器上显示的频谱宽度△(GHz
5.8.3.4 按式(6
style="width:1.55996in;height:0.62656in" /> (6)
式 中 ：
△λ——激光器波长宽度，单位为纳米(nm);
△v—— 激光器频谱宽度，单位为吉赫兹(GHz);
λ — — 激光器波长，单位为纳米(nm);
c —— 光速，单位为米每秒(m/s)。
在规定的时间范围内，测量光斑中心最大的离轴角度。
测量原理图见图8。
style="width:6.32669in;height:0.96008in" />激光器电源 激 光 器
位置测量仪
图 8 激光器光束偏移测量原理图
GB/T 7257—2013
5.9.3.1 将激光器置于距位置测量仪规定的距离(如5 m
处，将 X-Y 函数记录仪的笔调在记录纸的中 心位置。
5.9.3.2
按产品标准规定对激光器进行预热，并同时调整激光束的方向使其照射到位置测量仪的中心。
5.9.3.3
预热后微调位置测量仪的位置，使位置测量仪的笔处在零点位置(记录纸的中心位置)。此刻
起开始记录一段规定的时间。
5.9.3.4
测量出位置测量仪所描绘的曲线中距零点位置的最大径向偏移距离△rmx 。其 在
X 、Y 轴上的 投影分别为xmax、ymax。在水平方向的离轴距离按式(7)计算：
△.xmax =E, ·xmax
式中：
△xmx——在水平方向的离轴距离，单位为毫米(mm);
∈, 测量系统在 X 方向的比例系数，由实验得出。
在垂直方向的离轴距离按式(8)计算：
△ymax =Ey ·ymax
……………………………… (7)
………………………………… (8)
式中：
△ymax— 在垂直方向的离轴距离，单位为毫米(mm);
e 、 —— 测量系统在Y 方向的比例系数，由实验得出。
光斑中心最大径向偏移量按式(9)计算：
△rmax=√ △xmx+ △y
式中：
△rmx——光斑中心最大径向偏移量，单位为毫米(mm);
△xmax 在水平方向的离轴距离，单位为毫米(mm);
△ymax——在垂直方向的离轴距离，单位为毫米(mm)。
激光束的方向偏移按式(10)计算：
………………………………
(9)
式中：
style="width:2.37337in;height:0.59898in" />
…… … ………………
(10)
△0mx——光束偏移，单位为毫弧度(mrad);
s —— 位置测量仪与激光器输出端之间的距离，单位为毫米(mm);
△rmx— 光斑中心最大径向偏移量，单位为毫米(mm)。
光束直径的测量方法见GB/T 15175—2012 中5.7。
光束指向不稳定性的测量方法见 GB/T 15175—2012 中5. 14。
5.12.1 目的
测量激光器的输出模式。
GB/T 7257—2013
5.12.2 原理图
测量原理图见图9。
style="width:8.56667in;height:0.98056in" />
图 9 激光基横模的测量原理图
5.12.3 测量步骤
5.12.3.1 按照图9调整测量系统。
5.12.3.2 按产品标准要求对激光器及 F-P
共焦球面扫描干涉仪进行预热。
5.12.3.3
在示波器上，显示出激光器模的频谱。当相邻模谱最小的频率间隔满足式(11)时，激光器为
基横模输出(记为 TEM)。
式中：
style="width:1.15341in;height:0.61336in" />
………………………………
(11)
△v—— 激光器相邻模谱之间的频率间隔，单位为赫兹(Hz);
c — 光速，单位为米每秒(m/s);
η 激光工作物质折射率；
L ——激光谐振腔腔长，单位为米(m)。
5.12.3.4 观测时间不小于10 min。
5.13.1 目 的
测量线偏振激光束偏振部分的光强和整个光强的比值。
5.13.2 原理图
测量原理图见图10。
style="width:8.82708in;height:1.00069in" />
图 1 0 激光器偏振度测量原理图
5.13.3 测量步骤
5.13.3.1 按产品标准的规定对激光器进行预热。
5.13.3.2
绕光束的轴旋转偏振器，测出光束经过偏振器的最大透过功率P
5.13.3.3 激光器的偏振度按式(12
和最小透过功率Pmin。
式中：
Pa — 偏振度；
style="width:3.14667in;height:0.67906in" />
…………………………
(12)
style="width:3.1067in" />
GB/T 7257—2013
Pmx ——最大透过功率，单位为瓦(W);
Pmin — 最小透过功率，单位为瓦(W)。
5.13.3.4 偏振度可以用消光比表示，按式(13
Pa=Pmax:Pmin ……………………………… (13)
式中：
Pa —— 偏振度；
Pmax—— 最大透过功率，单位为瓦(W);
Pmin ——最小透过功率，单位为瓦(W)。
5.13.4 对测量条件的特殊要求
5.13.4.1 测量装置在测量范围内应具备严格的线性。
5.13.4.2 偏振器的偏振度要求99.95%～99.99%。
6.3 温度、气流、电网、非激光辐射等环境因素的影响。
style="width:3.91335in;height:1.85988in" />
中 华 人 民 共 和 国
国 家 标 准
氦氖激光器参数测量方法
GB/T 7257—2013
芳
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2014年3月第一版
兴
书号：155066 ·1-48143
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