GBT 35118-2017 掺铒钇铝石榴石激光晶体光学性能测量方法

ICS31.260GB/T35118—2017掺铒钇铝石榴石激光晶体光学性能测量方法中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局IGB/T35118—2017本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国光辐射安全和激光设备标准化技术委员会(SCA/TC284)归口。1GB/T35118—2017掺铒钇铝石榴石激光晶体光学性能测量方法本标准规定了掺铒钇铝石榴石激光晶体(Er³+:Y₃Al₅O₁₂,以下简称Er:YAG激光晶体)光学性能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GB/T1185—2006光学零件表面疵病GB/T11293—1989固体激光材料名词术语GB/T11297.1—2002激光棒波前畸变的测量方法GB/T27661—2011激光棒单程损耗系数的测量方法JY/T015—1996感耦等离子体原子发射光谱方法通则GB/T11293—1989界定的术语和定义适用于本文件。4要求测量时环境应满足下面要求：b)测试期间温度波动：≤1℃;c)相对湿度：≤85%;测量时应按GB7247.1的要求采取激光安全防护措施。4.2被测Er:YAG激光晶体要求2GB/T35118—2017a)两端面平行度(平面/平面)应不大于30";b)端面对棒轴垂直度应不大于5';c)端面表面疵病质量根据GB/T1185—2006,应符合：麻点B/0.8D₀×0.05;划痕C/2D₀×0.01。(D。为Er:YAG激光晶体直径，单位为mm);d)端面应清洁，无影响测量的灰尘和挡光污渍；e)Er:YAG激光晶体浓度测量选取晶坯等径部分。5测量方法5.1消光比测量方法5.1.1测量原理消光比测量系统组成如图1所示：92——扩束器；4——可调光阑；5——被测Er:YAG激光晶体；6——检偏器；7——窄带滤波片；8——探测器；图1消光比测试原理图将Er:YAG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Er:YAG激光晶体一端入射，在Er:YAG激光晶体另一端出射。先调整检偏器至刻度90度，然后微调检偏器，观察探测器显示数值，当显示数值最小时，此时为正交偏光状态，显示数值最小值为光强度I1;再旋转检偏器至刻度0度，然后微调检偏器，观察探测器显示数值，当显示数值最大时，此时为平行偏光状态，显示数值最大值为光强度I/,通过式(1)计算消光比：Ex——消光比，单位为分贝(dB);…………3GB/T35118—2017I1——在正交偏光状态下输出的光强值；I/——在平行偏光状态下输出的光强值。测量装置应符合以下要求：a)激光器的波长为1.064pμm,连续输出；b)激光光源功率5mW～10mW,功率不稳定度应小于或等于1.0%;c)入射激光发散角小于或等于2.0毫弧度；d)探测器用光敏元件，应在线性区工作，探测器有效面积直径大于或等于10mm;e)系统消光比(未放入Er:YAG激光晶体时，光束直径为被测Er:YAG激光晶体直径的80%~90%时)应不小于40dB。5.1.3测量步骤按以下测量步骤进行测量：a)打开1.064μm激光器，预热20min以上，使输出光强达到稳定度要求；b)将被测Er:YAG激光晶体放入光路中，使光束正入射Er:YAG激光晶体中心；c)调整光阑，使光束直径为被测Er:YAG激光晶体直径的80%～90%;d)取下被测Er:YAG激光晶体，调整检偏器至刻度90度时为正交偏光状态，然后微调检偏器，观察探测器显示数值，当显示数值最小时，记录测试透射光强I₁;e)旋转检偏器至刻度0度，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，测量并记录此时透射光强I/,根据式(1)计算系统消光比，当系统消光比≥40dB,则可以进行Er:YAG激光晶体测量；f)旋转检偏器至刻度90度，然后微调检偏器，观察探测器显示数值，当显示数值最小时，再将被测Er:YAG激光晶体放入光路中，并旋转Er:YAG激光晶体，测量并记录透射光强最大g)再旋转检偏器至刻度0度，然后微调检偏器，观察探测器显示数值，当显示数值最大时，测量并记录此时透射光强I';将光强I1、I⊥'和I',代入式(2),计算出被测Er:YAG激光晶体的消光比值：II'——放置Er:YAG激光晶体时正交偏光状态下输出光强的最大值；I′——放置Er:YAG激光晶体时平行偏光状态下输出的光强值。5.2波前畸变测量方法5.2.1测量原理本方法是基于麦克尔逊(Michelson)干涉仪测试原理：一束入射光分为两束后各自被对应的平面镜反射回来后产生干涉。干涉中两束光的不同光程可以通过调节干涉臂长度以及改变介质的折射率来实现，从而能够形成不同的干涉图样。被测Er:YAG激光晶体的光学均匀性可用平面波前透过Er:YAG激光晶体后波前畸变的峰-谷偏差来表征。波前畸变测量原理如图2所示。4GB/T35118—20171——激光器；2——扩束器；3——分光镜； CCD摄像系统：5——被测Er:YAG激光晶体；6——测试反射镜；测量装置应符合以下要求：b)激光功率范围100mW～200mW;c)入射激光发散角小于或等于2.0毫弧度；d)本底波前畸变应优于或等于λ/10;e)被测Er:YAG激光晶体放置在带两维调整机构的V型槽(或平台)上。当一束可见激光通过Er:YAG激光晶体时，Er:YAG激光晶体内部的异质团簇会对该激光束发生散射颗粒测量原理如图3所示。5GB/T35118—20172——可调光栏；3——被测Er:YAG激光晶体；图3散射颗粒测量原理图通过计算式(3),可得散射颗粒密度，即用散射颗粒密度来衡量Er:YAG激光晶体内的散射颗粒。D——散射颗粒密度，单位为个每立方厘米(个/cm³);n——散射颗粒个数，单位为个；V——Er:YAG激光晶体体积，单位为立方厘米(cm³)。测量装置应符合以下要求：b)激光束连续输出功率在5mW～10mW;c)入射激光发散角小于或等于2.0mrad。按以下测量步骤进行测量：a)打开激光光源；激光晶体直径约1/2的尺寸为测量光斑孔径直径，如图4所示；图4散射颗粒测量光斑与Er:YAG激光晶体直径示意图c)将Er:YAG激光晶体放入V形槽内，调整Er:YAG激光晶体使光束正入射Er:YAG激光晶d)让激光光束通过Er:YAG激光晶体靠近边缘区域，然后旋转Er:YAG激光晶体，从侧面观察散射亮点即为散射颗粒；6GB/T35118—2017f)根据式(3)计算单位体积的散射颗粒密度。单程损耗测量光路图如图5所示。99采集2877——测试探测器2;图5单程损耗测量光路图a)激光器的波长为Er:YAG激光晶体预定的工作波长；b)激光输出功率在300mW～400mW;d)系统的波动小于或等于0.1%cm-1。采用工作波长的激光为光源，按照测量装置操作规程打开设备，将Er:YAG激光晶体放置于测试光路中。按GB/T27661—2011规定的测试步骤，测量Er:YAG激光晶体的单程损耗。GB/T35118—20175.5掺杂离子浓度测量方法5.5.1测量原理掺杂离子浓度的测量方法是基于电感耦合等离子体原子发射光谱分析方法进行定量分析。原子发射光谱分析方法是利用物质在热激发或电激发下，每种元素的原子或离子发射特征光谱，检测器检测光谱中谱线的波长和强度的强弱来定量分析判断物质的组成。5.5.2测量装置等离子体原子发射光谱仪需经计量检定，符合B级以上测量要求。5.5.3测量步骤按以下测量步骤进行测量：a)将被测Er:YAG激光晶体的晶坯两端各切下一块Er:YAG激光晶体样品，选取样品直径大于晶坯半径，质量大于2g,分别标记为样品1、样品2;b)根据JY/T015—1996测量离子浓度方法测定Er:YAG激光晶体样品1、样品2的铒离子浓度，以质量分数(%)表示；c)根据式(4),将Er:YAG激光晶体样品1、样品2的铒离子质量分数(%)转换为摩尔分数(%):式中：c——晶坯测试样品掺铒离子的质量分数，%;y——Er:YAG激光晶体掺铒离子的质量分数，%。d)Er:YAG激光晶体的掺铒离子浓度为晶坯两端两个浓度测试样品掺铒离子浓度按照式(5)计算出的平均值。式中：c——Er:YAG激光晶体掺铒离子