《激光设备光学部件耐久性分级方法：保护镜片》

ICS31.260

CCSL51

团体标准

T/CZRXXXX-202X

激光设备光学部件耐久性分级方法:保

护镜片

Methodforgradingthedurabilityofoptical

componentsoflaserequipment:Protective

lenses

（征求意见稿）

xxxx-xx-xx发布xxxx-xx-xx实施

常州市软件协会发布

T/CZRXXXX-202X

激光设备光学部件耐久性分级方法:保护镜片

1范围

本文件规定了激光设备保护镜片产品制定耐久性分级评价标准的技术要求、检测方法和

等级划分。

本标准适用于激光设备保护镜片（以下简称保护镜片）。

2规范性引用文件

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/T15313-2008激光术语(ISO11145.2006,MOD)。

GB/T16601.1-2017激光器和激光相关设备激光损伤阈值测试方法第1部分:定义

和总则(IS021254-1:2011,MOD)。

GB/T16601.4-2017激光器和激光相关设备激光损伤阈值测试方法第4部分:检

查、探测和测量(ISO/TR21254-4:2011,MOD)。

3术语与定义

GB/T15313-2008、GB/T16601.1-2017、GB/T16601.4-2017界定的及下列术语和定

义适用于本文件。

3.1激光设备laserequipment

激光设备(也称激光加工设备)是激光加工技术的载体，主要由光学系统、机械系统和数

控系统组成，以激光器为核心，利用激光加工技术改造传统制造业的设备。主要产品包括各

类激光打标机、焊接机、切割机、划片机、雕刻机、热处理机、三维成型机以及毛化机等。

3.2保护镜片laserprotectionlenses

防止灰尘以及熔渣飞溅损坏激光头内部镜片的光学部件。

3.3耐久性endurance

保护镜片在寿命期内的正常工作条件下，能够正常运行并耐受激光损伤的极限值，在本

篇标准中，保护镜片耐久性以激光诱导损伤阈值为准，激光诱导损伤阈值（Laser-Induced

DamageThreshold，简称LIDT）是镜片能承受的阈值功率密度或阈值能量密度，当超过该

值，保护镜片将被损坏。

3.41对1测试1-on-1test

在测试样品表面每个测试点只进行一次激光辐照的损伤阈值测试过程。

1

T/CZRXXXX-202X

3.5靶平面targetplane

过入射激光光轴与测试样品表面的交点，与测试样品表面相切的平面。

3.6脉宽pulseduration

激光功率维持在一定值时所持续的时间。

3.7波长wavelength

波在一个振动周期内传播的距离。

3.8有效面积effectivearea

靶平面内激光脉冲能量与激光脉冲的最大能量密度的比值。

4要求

4.1测量数据的符号及单位

测量数据的符号和单位见表1。

表1测量数据的符号和单位

序号符号单位名称

1QJ脉冲能量

2PW功率

3EW/cm²阈值功率密度

4HJ/cm²阈值能量密度

5퐴푒푓푓cm²靶平面上的有效面积

6퐸푚푎푥W/cm²最大功率密度

7퐻푚푎푥J/cm²最大能量密度

4.2检验次序

本部分给出的检验项目的顺序并不限定检验的实际次序。既可以先采用脉冲波激光器对

样品进行检测，也可以先采用连续波激光器进行检测。

5试验方法

5.1一般实验条件

本文件试验均在下列条件下进行。

a）环境温度为22℃，-10℃~40℃不影响检测结果；

b）相对湿度为45%，30%~80%相对湿度不影响检测结果。

5.2激光损伤测试原理

激光损伤测试原理如下图所示：

2

T/CZRXXXX-202X

说明：

1——激光系统

2——可变衰减器

3——波片

4——汇聚系统

5——光束诊断装置

6——在线损伤探测器

7——测试样品室

8——分光镜

图1激光损伤测试原理框图

5.3测试装置

5.3.1激光器

激光器选择波长为1064nm、光束直径为1mm的ND:YAG激光器，对于脉冲激光器，

其重复频率为20Hz，脉宽为10ns。

5.3.2可变衰减器和光束传输系统

为使激光输出能量衰减到需要的量级，可外加一个可变衰减器。该衰减器应不影响其传

输和成像特性。光束传输系统和衰减器应不影响激光束性能。

5.3.3汇聚系统

会聚系统的放置应能够在靶平面上获得预期的光斑形状，其具体位置和参数应当记录在

测试报告中，有效辐射面积和能量密度的参数与测试表面的位置有关，在损伤阈值测试过程

中有效面积应不发生变化。测试环境应避免自聚焦或者产生丝状损伤。光束采用平顶光束，

测试样品测试表面应放置在焦距为300mm的会聚系统的焦平面上，以便形成大小合适的

光斑。

3

T/CZRXXXX-202X

5.3.4试样架

测试平台应配备一个调节架，在测试样品的尺寸范围内和测试点之间的距离具有足够高

的精度，通过他可以精确地调整对准测试样品上的测试点。

试样架应具有测试样品从试样架卸下进行分析，并且可以重新安装在相同位置的功能。

5.4测试方法

采用1对1测试法，具体过程如下：

将测试样品安装在调节架上，入射角为0°。经分光镜对入射激光束进行采样，使采样激

光束入射到光束诊断装置，该光束诊断装置可测定激光束的脉冲能量。

将一台激光器（要求参照5.3.1）输出平顶光束激光光源，通过可变衰减器调整到期望

的脉冲能量或连续功率，会聚到测试样品上5s。

对同一生产批次的保护镜片抽取20个作为测试样本，并分为两组，每组包含10个样

品。对于第一组，使用连续波激光器对这10个样品依次进行测试。测试过程中，一旦在线

损伤探测系统检测到样品出现损伤，便记录下发生损伤时的激光功率，并据此计算出这一组

样品的LIDT。同样的方法，第二组样品则通过脉冲波激光器进行测试，在损伤发生时记录

脉冲能量，以此计算该组的LIDT值。

为剔除异常值影响，对第一组的LIDT值进行筛选，去除一个最高值和一个最低值后，

使用剩余的8个值计算LIDT平均值。将该平均值对照表2，得出第一组的评分，记为퐿퐼퐷푇퐶。

采用同样的方法处理第二组样品，将第二组计算得到的平均值对照表3得出评分，记为퐿퐼퐷푇푃。

表2连续波激光器下保护镜片LIDT评分

LIDT（W/cm²）

≥500≥400≥200≥100

评分10864

表3脉冲波激光器下保护镜片LIDT评分

LIDT（J/cm²）

≥20≥18≥16≥14

评分10864

5.5LIDT计算公式

5.5.1连续波激光器LIDT

连续波激光下的保护镜片LIDT值计算公式用（1）表示。

푃

퐸=……………………（1）

퐴푒푓푓

4

T/CZRXXXX-202X

5.5.2脉冲波激光器LIDT

脉冲波激光下的保护镜片LIDT值计算公式用（2）表示。

푄

퐻=……………………（2）

퐴푒푓푓

对于连续激光，通过对二维功率密度空间分布E(x，y)(功率密度,连续激光)的积分可

以确定总功率P与最大功率密度퐸푚푎푥的比值,其中最大功率密度퐸푚푎푥由光束空间分布

的最大值给出。这一比值定义为光束的有效面积퐴푒푓푓,用式(3)表示。

∞∞（）

푃∫−∞∫−∞퐸푥,푦푑푥푑푦

퐴푒푓푓==…………………（3）

퐸푚푎푥퐸푚푎푥

对于脉冲激光，通过对二维能量密度空间分布H(x,y)(能量密度,脉冲激光)的积分可

以确定总的脉冲能量Q与最大能量密度퐻푚푎푥的比值，其中最大能量密度퐻푚푎푥是由光

束空间分布的最大值给出。这一比值即为有效面积퐴푒푓푓,用式(4)表示。

∞∞（）

푄∫−∞∫−∞퐻푥,푦푑푥푑푦

퐴푒푓푓==…………………（4）

퐻푚푎푥퐻푚푎푥

6保护镜片耐久性等级划分

保护镜片的耐久性等级共分为四级，其中A级代表最高的耐久性。耐久性等级的确定

遵循以下步骤：首先，依照5.4节的测试方法对保护镜样品进行测试，得到퐿퐼퐷푇퐶和

퐿퐼퐷푇푃。

其次，将퐿퐼퐷푇퐶和퐿퐼퐷푇푃加权平均计算得出퐿퐼퐷푇푠。鉴于连续波激光器对保护镜片损伤

阈值要求更高，퐿퐼퐷푇퐶在加权平均中的权重也相应更大，퐿퐼퐷푇푠的计算公式用（5）表示。

퐿퐼퐷푇푠=7퐿퐼퐷푇퐶+3퐿퐼퐷푇푃…………………（5）

最后，将퐿퐼퐷푇푠值与表4对照，得出该批次测试样品的耐久性等级。

表4保护镜片耐久性等级

A级B级C级D级

综合评分90≤퐿퐼퐷푇푠≤10080≤퐿퐼퐷푇푠＜9060≤퐿퐼퐷푇푠＜8040≤퐿퐼퐷푇푠＜60

5

T/CZRXXXX-202X

参考文献

[1]GB/T15313-2008激光术语(ISO11145.2006,MOD)。

[2]GB/T16601.1-2017激光器和激光相关设备激光损伤阈值测试方法第1部分:定义

和总则(IS021254-1:2011,MOD)。

[3]GB/T16601.1-2017激光器和激光相关设备激光损伤阈值测试方法第2部分:阈值

确定(ISO21254-2:2011,MOD)。

[4]GB/T16601.4-2017激光器和激光相关设备激光损伤阈值测试方法第4部分:检

查、探测和测量(ISO/TR21254-4:2011,MOD)。

[5]GB/T1185光学零件表面疵病(GB/T1185-2006,ISO10110-7:1996,NEQ)。

[6]GB/T26599.1激光和激光相关设备激光光束宽度、发散角和光束传输比的试验方法

第