激光器和激光相关设备 激光光学元件吸收分布测量 光热成像法-编制说明

激光器和激光相关设备激光光学元件吸收分布测量方法

光热成像法

编制说明

1工作概况

1.1任务来源

根据国标委《国家标准化管理委员会关于下达2022年第三批推荐性国家标

准制计划及相关标准外文版计划通知》（国标委发[2022]39号），由电子科技大学

及相关单位完成《激光器和激光相关设备激光光学元件吸收分布测量方法光热

成像法》的编制工作，制定计划号为20221068-T-604。

1.2编制单位

本标准编制单位为电子科技大学、中国工程物理研究院应用电子学研究所、

中国兵器工业标准化研究所、中国工程物理研究院激光聚变研究中心、中国科学

院大连化学物理研究所、中国科学院上海光学精密机械研究所、西南技术物理研

究所、湖北久之洋红外系统股份有限公司。

本部分起草单位及承担工作见表1。

表1编制单位及承担工作

编制单位承担任务

电子科技大学主要起草，承担标准的主要起草任务

中国工程物理研究院应用电

协助起草，从技术角度对标准草案进行校核、完善

子学研究所

组织协调标准编制工作；

中国兵器工业标准化研究所

协助起草，从标准化角度对标准草案进行校核、完善

中国工程物理研究院激光聚

协助起草，从技术验证角度对标准草案进行校核、完善

变研究中心

中国科学院大连化学物理研

协助起草，从技术验证角度对标准草案进行校核、完善

究所

中国科学院上海光学精密机协助起草，从技术角度对标准草案进行校核、完善

1

械研究所

西南技术物理研究所协助起草，从技术验证角度对标准草案进行校核、完善

湖北久之洋红外系统股份有

协助起草，从技术验证角度对标准草案进行校核、完善

限公司

1.3主要工作过程

2023年2月，由中国兵器工业标准化研究所组织、电子科技大学牵头，成

立了《激光器和激光相关设备激光光学元件吸收分布测量方法光热成像法》编

制组，制定了如下工作计划：

a）2023年5月，完成标准征求意见稿及编制说明；

b）2023年6月～8月，广泛征求意见，包括相关企业、研究院所、高校及

标技委委员，形成《标准意见汇总处理表》；

2023年2月，标准编制组在电子科技大学召开了第一次工作会议，讨论、

修改了标准编制大纲。

2023年2~3月，主要编制人员依据国际标准草稿最终版本FDIS23701对标

准草案进行了认真研究，针对性地查阅了相关国内标准，如专业术语、行业规定

等；调研了与标准内容相关的国内技术状况；在充分理解标准所描述的测试方法

原理的基础上，对标准草案进行了修改，形成了标准讨论稿。

2023年4月，主要编制人员根据最新出版颁布的国际标准ISO23701：2023

对标准讨论稿进行了进一步修改，并组织编制组成员集中开会讨论，对标准讨论

稿逐条逐句进行了研讨，经过讨论形成修改意见；根据会上讨论修改意见，并结

合标准其他部分，对讨论稿进行了补充完善，形成了征求意见稿初稿；

2023年5月，由中国兵器工业标准化研究所组织召开了项目讨论会，会上

与会专家对标准征求意见稿初稿进一步提出了修改建议和意见，对本标准编写的

规范性、词语翻译的准确性进行了充分探讨。本标准经完善后，形成了正式的征

求意见稿。

2.编制原则和主要内容

2.1编制依据

本标准项目申报时的目的是与对应的国际标准ISO23701同步制定（主编单

位均为电子科技大学），批复为“制定”，但由于国际标准ISO23701:2023已于

2

2023年4月出版，为保持本标准与国际标准的一致性，本标准以国际标准ISO

23701：2023为基础，与其一致性程度为“修改采用”；采用国际标准按GB/T

20000.2－2009《标准化工作指南第2部分：采用国际标准》的规定；编写规

则按GB/T1.1－2020《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。

2.2编制原则

统一性——标准各部分的文体和术语应保持一致，相同条款应使用相同措辞

表述。

协调性——标准各部分的内容应相辅相成，自成体系。

适用性——标准的内容应便于实施，具有可操作性。

一致性——本标准为国际标准的同步制定，起草时应尽可能与国际标准保持

一致。

规范性——本标准的编写规则应遵循GB/T1.1－2020和GB/T20000.2

－2009的规定。

2.3主要技术内容

2.3.1概述

国际标准化组织（ISO）在光学元件吸收损耗的测量方法方面，在2003年出

版颁布了ISO11551《光学和光子学激光器和激光相关设备激光光学元件吸收

测试方法》并于2019年修订，规定了基于激光量热技术的光学元件吸收测量方

法，即通过采用高灵敏温度传感器直接接触测量被测光学元件在激光照射下的温

升过程确定吸收损耗值。其优点是方法相对简单、标定过程相对容易、测量结果

有较高的可靠性。但其也存在测量时间长、无空间分辨测量能力、被测样品尺寸

和形状受限等缺点。因此，激光量热法仅适用于小口径测试片（陪镀片）的吸收

测量，无法用于大口径激光光学元件的吸收损耗测量，也无法实现激光光学元件

吸收分布的扫描成像。

针对快速发展的高能/高功率激光技术对大口径激光光学元件的吸收测试和

吸收分布成像测试需求，2018年电子科技大学（本标准主要编制单位）向国际

标准化组织提出了制定基于光热测量技术的激光光学元件吸收和吸收分布测量

方法国际标准的建议并获得立项，基于光热测量技术的国际标准ISO23701：2023

《光学和光子学激光器和激光相关设备激光光学元件光热吸收测量和成像技

3

术》（OpticsandPhotonics–Laserandlaser-relatedequipment–Photothermal

techniqueforabsorptionmeasurementandmappingofopticallasercomponents）于

2023年4月出版，主要针对大口径激光光学元件的吸收测量和吸收分布成像测

量。在国际标准ISO23701编制过程中，电子科技大学牵头向国标委提出了同步

制定基于光热测量技术的光学元件吸收测量方法国家标准的立项申请，获批准后

开始了本标准的制定。

目前，国内在激光光学元件吸收测量方法方面仅有由基于激光量热技术的国

际标准ISO11551:2003转化的国家标准GB/T38254-2019，在基于光热测量技术

的吸收测量方法方面无国家标准。

本标准根据国际标准ISO23701:2023《光学和光子学激光器和激光相关设

备激光光学元件光热吸收测量和成像技术》（英文版，2023年4月出版）制定，

在技术内容上与国际标准ISO23701：2023一致性程度为修改采用。

本标准的结构与ISO23701：2023完全相同，与ISO23701：2023相比改动如

下：

a)标准名称修改为《光学和光子学激光器和激光相关设备激光光学元件

吸收测量方法光热成像法》，以强调光热测量方法的吸收分布成像测量能

力，并将名称中的“技术”(technique)改为“方法”；

b)删除了ISO23701：2023的前言部分，根据GB/T1.1－2020和GB/T20000.2

－2009对前言进行了重新编写，以符合国家标准的规范；

c)删除了ISO23701：2023的引言部分（Introduction）。该引言部分主要

介绍了现有基于激光量热的激光光学元件吸收测量方法国际标准（ISO

11551）的局限性和制定本标准的必要性，并扼要介绍了基于光热技术的

吸收测量方法的优点，属解释性、资料性信息，而非本标准的必须内容。

d）删除了ISO23701：2023中6.4节附录B的引用。附录B给出的是表面

吸收与体吸收的分离，并没有直接给出三维吸收分布扫描测量中深度方向

测量时的标定程序。

e)在规范性引用文件中，用采用国际标准的我国标准代替对应的国际标准。

关于规范性引用文件，本标准做了具有技术性差异的调整，以适应我国的技

术条件，具体调整如下：

1）用修改采用国际标准的GB/T15313代替ISO11145；

4

2）用等同采用国际标准的GB/T25915.1代替ISO14644-1；

3）用等效采标国际标准的GB/T3102.6-93代替ISO80000-7

e)编辑性修改。

1）中英文表达方式有很大不同。如果完全等同翻译，会影响读者对标

准的阅读理解，不利于标准的推广应用。编制组在不改变ISO标准原

文技术内容的前提下，按照中文表达习惯进行了修改；

2）中英文标准的编制规则不同，编制组在不改变ISO标准原文技术内

容的前提下，按GB/T1.1-2020的相关规定对本部分的格式进行了编辑

性修改。

本标准规定了激光光学元件的吸收测量和吸收分布的二维/三维成像测量方

法–光热成像法，主要给出了光热吸收测量和成像的测试原理、方法及装置组

成、测量流程及数据处理方法、吸收率标定方法以及检测报告格式等。

第1-4章分别规定了本标准的范围、规范性引用文件、术语和定义、使用符

号和度量单位。

第5章规定了光热技术测量激光光学元件吸收的原理和主要测量构型，描述了

反射式、透射式光热透镜方法和光热偏转方法，给出了反射式和透射式光热测量

构型的选取原则，具体描述了基于反射式、透射式光热透镜和光热偏转方法的测

试系统及主要组成单元，并规范了测试环境和测试样品的准备。

第6章规定了光热吸收测量和扫描成像的测试程序，具体规定了光热信号幅

值和相位的测量及二维/三维分布成像测量、光热信号幅值的标定以及测量结果

的获得过程。

第7章规定了测试样品的吸收测量和吸收分布成像测量结果的评估方法，包

括吸收测量光热信号的数学描述、吸收率的标定、吸收的二维/三维分布成像测

量及空间分辨率分析。

第8章规定了测试报告内容，应包括测试机构信息、测试样品信息、测试设

备信息、测试和评估信息、测试结果及不确定度。

附录A描述了光热信号幅值标定的理论和实际工程考虑，是资料性附录。

附录B描述了光热测量分离表面吸收和体吸收的技术考虑，是资料性附录。

附录C给出了测试报告格式示例，是资料性附录。

2.3.2原理和方法

5

光热吸收测量基于光热效应，利用光热信号幅值与测试样品吸收之间的线

性比例关系。在光热测量构型中，一泵浦激光光束辐照测试样品表面，由于光

吸收，样品内部产生热量，从而形成一定的温度分布。对激光光学元件来说，

样品由于热膨胀会产生表面形变，而温度分布梯度也会导致光学元件内部的折

射率分布梯度。利用另一探测激光光束来检测被测样品表面形变或者内部折射

率梯度变化，就可以测量样品的吸收。通过标定光热信号幅值可以得到被测样

品的绝对吸收值（吸收率）；通过测量样品不同位置的吸收/吸收率，就可以得

到样品的吸收/吸收率分布结果。

光热测量方法包括光热透镜法和光热偏转法，探测方式包括反射探测光束

式和透射探测光束式，因此合适的光热测量构型有四种，分别为：反射式光热

透镜法、透射式光热透镜法、反射式光热偏转法和透射式光热偏转法。

2.3.3系统组成

光热吸收测量设备由泵浦激光光源、探测激光光源、样品位移平台、信号

探测单元和数据采集和处理单元等部分组成。

2.3.4测试程序

测试样品吸收和吸收分布的测试步骤包括搭建测试装置，设置合适的实验

参数并对准光路使光热信号幅值最大，通过锁相放大器记录光热信号幅值和相

位，通过标定光热信号幅值获得测试样品的吸收值，通过扫描测试样品位置记

录不同位置的光热信号幅值和相位获得测试样品的吸收分布。

2.3.5结果评估

根据光热信号数学表达式，获得光热信号幅值与测试样品吸收的关系，采

用准确的光热信号标定方法，获得测试样品的吸收值。对测试样品吸收的二维/

三维扫描成像的主要考虑因素为成像区域和空间分辨率。

2.3.6测试报告

测试报告应包括测试机构信息、测试样品信息、测试设备信息、测试和评估

信息、测试结果。作为测量数据记录载体资料，测试报告中的信息应完整、准确。

3主要试验（或验证）情况分析

本标准规定了激光光学元件吸收和吸收分布的测量方法–光热成像法，主

要给出了光热方法测量吸收和吸收分布的测试原理及装置组成、测量程序及数据

处理方法以及检测报告格式等。

6

本标准所给出的光热吸收测量方法，在国际国内广泛应用于激光关系元件的

吸收测量和吸收分布成像，经实践检验被证实为灵敏度极高的吸收测量方法；其

测试程序也是通用的、成熟的，并且通过高精度标定，可用于激光光学元件、特

别是大口径激光光学元件吸收绝对值的准确测量。

本标准在国内的实施将使各种高能/高功率激光装置中大量使用的激光光学

元件的吸收测量和吸收分布成像方法在科研及生产中有章可循，规范测试结果的

客观性、可靠性和可比性。

本标准吸收测量方法的提出将有效促进国内高能/高功率激光光学元件和镀

膜技术的发展。由于有了科学的评价方法，可以通过反复的材料和镀膜工艺优化，

实现极低吸收和极低吸收缺陷密度的激光薄膜元件的制备，同时也可实现对大型

高能/高功率激光装置中激光光学元件的性能评估和质量控制，有效降低大型激

光装置失效的风险，提高其工作效率。

本标准给出的术语和概念与GB/T15313－2008《激光术语》相关内容无冲

突和重复情况。

4与国外同类标准水平的对比情况

本标准修改采用国际标准ISO23701：2023《光学和光子学激光器和激光相

关设备激光光学元件光热吸收测量和成像技术》（英文版），与激光光学元件吸

收测量和成像方法的最新国际标准处于一致水平。ISO23701是2018年立项、

2013年出版实施的基于光热测量技术的激光光学元件吸收及吸收分布测量方法

的国际标准，由本标准主要编制单位电子科技大学主持制定，通过对光热信号幅

值高精度标定，可实现大口径激光光学元件吸收绝对值的准确测量。

目前，从征求意见情况看，没有提及相关专利。

5与有关的现行法律、法规和强制性国家标准的关系

本部分的编写符合GB/T1.1－2020和GB/T20000.2－2009的编写规定和国

内相关标准的规定。作为国家标准，在与现行法规、国际、国内相关标准中内容

协调一致的基础上，充分体现了技术上的先进性。

本标准为推荐性标准，与强制性国家标准无冲突。

6重大分歧意见和处理经过和依据

暂无。

7标准性质的建议

7

本标准中不涉及安全、环保等，建议作为推荐性国家标准进行出版发行。

8贯彻国家标准的要求和措施建议

近年来随着高能/高功率激光技术和薄膜沉积技术的发展，激光光学元件，

尤其是广泛应用于大型高能/高功率激光装置中的大口径激光薄膜元件的吸收损

耗逐渐降低。准确测量其吸收损耗及其分布是进一步降低激光光学元件吸收损

耗、提高其激光损伤阈值和提高高能/高功率激光装置总体性能的前提。基于光

热测量技术，本标准的测试方法和程序可实现大口径激光光学元件的非常低吸收

损耗绝对值及其二维/三维分布的测量，且精度高、重复性和再现性好、可靠性

高。特别是大口径激光光学元件吸收和吸收分布的准确测量对发展高能/高功率

激光光学元件具有重要意义。

建议尽快将本标准批准、颁布实施，在国内激光薄膜领域推广应用。

9废止现行有关标准的建议

无。

10其他应予说明的事项

无。

11参考资料清单

[1]ISO11551:2019,Opticsandphotonics—Lasersandlaser-relatedequipment—

Testmethodforabsorptanceofopticallasercomponents

[2]E.WelschandD.Ristau.Photothermalmeasurementsonopticalthinfilms[J].Appl.

Opt.,1995,34:7239-7253

[3]Z.L.Wu,M.Thomsen,P.K.Kuo,Y.Lu,C.Stolz,andM.Kozlowski.Photothermal

characterizationofopticalthinfilmcoatings[J].Opt.Eng.,1997,36:251-262

[4]P.K.KuoandM.Munidasa.Single-beaminterferometryofathermalbump[J].Appl.

Opt.,1990,29:5326-5331

[5]E.WelschandM.Reichling.Micrometerresolvedphotothermaldisplacement

inspectionofopticalcoatings[J].J.Mod.Opt.,1993,40:1455-1475

[6]B.LiandE.Welsch.Configurationoptimizationandsensitivitycomparisonamong

thermallens,photothermaldeflection,andinterferencedetectiontechniques[C].

Proc.SPIE,1998,3578:594-603

[7]L.GallaisandM.Commandre.Photothermaldeflectioninmultilayercoatings:

modellingandexperiment[J].Appl.Opt.,2005,44:5230-5238

[8]B.Li,H.Blaschke,andD.Ristau.Combinedlasercalorimetryandphotothermal

techniqueforabsorptionmeasurementofopticalcoatings[J].Appl.Opt.,2006,45:

5827-5831

8

[9]B.Li,S.Xiong,andY.Zhang,Fresneldiffractionmodelformode-mismatchedthermal

lenswithtop-hatbeamexcitation[J].Appl.Phys.B,2005,80:527-5234

[10]A.Alexandrovski,M.Fejer,A.Markosian,andR.Route.Photothermalcommon-path

interferometry(PCI):newdevelopments[C].Proc.SPIE,2009,7193:71930D

9

激光器和激光相关设备激光光学元件吸收分布测量方法

光热成像法

编制说明

（征求意见稿）

《激光器和激光相关设备激光光学元件吸收分布测量方法光热

成像法》编写组

2023年5月

激光器和激光相关设备激光光学元件吸收分布测量方法

光热成像法

编制说明

1工作概况

1.1任务来源

根据国标委《国家标准化管理委员会关于下达2022年第三批推荐性国家标

准制计划及相关标准外文版计划通知》（国标委发[2022]39号），由电子科技大学

及相关单位完成《激光器和激光相关设备激光光学元件吸收分布测量方法光热

成像法》的编制工作，制定计划号为20221068-T-604。

1.2编制单位

本标准编制单位为电子科技大学、中国工程物理研究院应用电子学研究所、

中国兵器工业标准化研究所、中国工程物理研究院激光聚变研究中心、中国科学

院大连化学物理研究所、中国科学院上海光学精密机械研究所、西南技术物理研

究所、湖北久之洋红外系统股份有限公司。

本部分起草单位及承担工作见表1。

表1编制单位及承担工作

编制单位承担任务

电子科技大学主要起草，承担标准的主要起草任务

中国工程物理研究院应用电

协助起草，从技术角度对标准草案进行校核、完善

子学研究所

组织协调标准编制工作；

中国兵器工业标准化研究所

协助起草，从标准化角度对标准草案进行校核、完善

中国工程物理研究院激光聚

协助起草，从技术验证角度对标准草案进行校核、完善

变研究中心

中国科学院大连化学物理研

协助起草，从技术验证角度对标准草案进行校核、完善

究所

中国科学院上海光学精密机协助起草，从技术角度对标准草案进行校核、完善

1

械研究所

西南技术物理研究所协助起草，从技术验证角度对标准草案进行校核、完善

湖北久之洋红外系统股份有

协助起草，从技术验证角度对标准草案进行校核、完善

限公司

1.3主要工作过程

2023年2月，由中国兵器工业标准化研究所组织、电子科技大学牵头，成

立了《激光器和激光相关设备激光光学元件吸收分布测量方法光热成像法》编

制组，制定了如下工作计划：

a）2023年5月，完成标准征求意见稿及编制说明；

b）2023年6月～8月，广泛征求意见，包括相关企业、研究院所、高校及

标技委委员，形成《标准意见汇总处理表》；

2023年2月，标准编制组在电子科技大学召开了第一次工作会议，讨论、

修改了标准编制大纲。

2023年2~3月，主要编制人员依据国际标准草稿最终版本FDIS23701对标

准草案进行了认真研究，针对性地查阅了相关国内标准，如专业术语、行业规定

等；调研了与标准内容相关的国内技术状况；在充分理解标准所描述的测试方法

原理的基础上，对标准草案进行了修改，形成了标准讨论稿。

2023年4月，主要编制人员根据最新出版颁布的国际标准ISO23701：2023

对标准讨论稿进行了进一步修改，并组织编制组成员集中开会讨论，对标准讨论

稿逐条逐句进行了研讨，经过讨论形成修改意见；根据会上讨论修改意见，并结

合标准其他部分，对讨论稿进行了补充完善，形成了征求意见稿初稿；

2023年5月，由中国兵器工业标准化研究所组织召开了项目讨论会，会上

与会专家对标准征求意见稿初稿进一步提出了修改建议和意见，对本标准编写的

规范性、词语翻译的准确性进行了充分探讨。本标准经完善后，形成了正式的征

求意见稿。

2.编制原则和主要内容

2.1编制依据

本标准项目申报时的目的是与对应的国际标准ISO23701同步制定（主编单

位均为电子科技大学），批复为“制定”，但由于国际标准ISO23701:2023已于

2

2023年4月出版，为保持本标准与国际标准的一致性，本标准以国际标准ISO

23701：2023为基础，与其一致性程度为“修改采用”；采用国际标准按GB/T

20000.2－2009《标准化工作指南第2部分：采用国际标准》的规定；编写规

则按GB/T1.1－2020《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。

2.2编制原则

统一性——标准各部分的文体和术语应保持一致，相同条款应使用相同措辞

表述。

协调性——标准各部分的内容应相辅相成，自成体系。

适用性——标准的内容应便于实施，具有可操作性。

一致性——本标准为国际标准的同步制定，起草时应尽可能与国际标准保持

一致。

规范性——本标准的编写规则应遵循GB/T1.1－2020和GB/T20000.2

－2009的规定。

2.3主要技术内容

2.3.1概述

国际标准化组织（ISO）在光学元件吸收损耗的测量方法方面，在2003年出

版颁布了ISO11551《光学和光子学激光器和激光相关设备激光光学元件吸收

测试方法》并于2019年修订，规定了基于激光量热技术的光学元件吸收测量方

法，即通过采用高灵敏温度传感器直接接触测量被测光学元件在激光照射下的温

升过程确定吸收损耗值。其优点是方法相对简单、标定过程相对容易、测量结果

有较高的可靠性。但其也存在测量时间长、无空间分辨测量能力、被测样品尺寸

和形状受限等缺点。因此，激光量热法仅适用于小口径测试片（陪镀片）的吸收

测量，无法用于大口径激光光学元件的吸收损耗测量，也无法实现激光光学元件

吸收分布的扫描成像。

针对快速发展的高能/高功率激光技术对大口径激光光学元件的吸收测试和

吸收分布成像测试需求，2018年电子科技大学（本标准主要编制单位）向国际

标准化组织提出了制定基于光热测量技术的激光光学元件吸收和吸收分布测量

方法国际标准