ISO 24013:2006
(Main)Optics and photonics — Lasers and laser-related equipment — Measurement of phase retardation of optical components for polarized laser radiation
Optics and photonics — Lasers and laser-related equipment — Measurement of phase retardation of optical components for polarized laser radiation
ISO 24013:2006 specifies test methods for the determination of the optical phase retardation of optical components by polarized laser beams.
Optique et photonique — Lasers et équipements associés aux lasers — Mesurage du retard de phase des composants optiques pour le rayonnement laser polarisé
L'ISO 24013:2006 spécifie des méthodes d'essai pour la détermination du retard de phase optique de composants optiques par rapport aux faisceaux laser polarisés.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 24013
First edition
2006-11-15
Optics and photonics — Lasers and
laser-related equipment — Measurement
of phase retardation of optical
components for polarized laser radiation
Optique et photonique — Lasers et équipements associés aux lasers —
Mesurage du retard de phase des composants optiques pour le
rayonnement laser polarisé
Reference number
ISO 24013:2006(E)
©
ISO 2006
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ISO 24013:2006(E)
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Published in Switzerland
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ISO 24013:2006(E)
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope.1
2 Normative references.1
3 Terms and definitions .1
4 Symbols and abbreviated terms .1
5 Measurement principle.2
6 Preparation of test sample and measuring arrangement.3
6.1 General.3
6.2 Laser beam preparation .3
6.3 Sample adjustment and system calibration.3
6.4 Detection system .4
7 Test procedure.5
7.1 Test procedure for zero phase retardation .5
7.2 Test procedure for π/2 phase retardation.5
8 Evaluation.6
8.1 General.6
8.2 Evaluation for zero phase retardation .6
8.3 Evaluation for π/2 phase retardation.6
9 Test report.6
Annex A (informative) Theoretical background .8
Bibliography .15
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ISO 24013:2006(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 24013 was prepared by Technical Committee ISO/TC 172, Optics and photonics, Subcommittee SC 9,
Electro-optical systems.
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ISO 24013:2006(E)
Introduction
Normally it is desirable that the state of polarization be not influenced by the optical components used. For the
generation or maintenance of specific states of polarization the influence of optical components on the beam
polarization is crucial. For generating circularly polarized radiation from linearly polarized radiation π/2 phase
retarders are used.
This International Standard describes methods to determine the relative phase retardation of optical
components with respect to the x- and y-axes of the polarization and s- and p-polarization, respectively. This
International Standard is necessary for optics manufacturers, suppliers and customers of such optics for the
determination of the influence of phase retardation of optical components.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 24013:2006(E)
Optics and photonics — Lasers and laser-related equipment —
Measurement of phase retardation of optical components for
polarized laser radiation
1 Scope
This International Standard specifies test methods for the determination of the optical phase retardation of
optical components by polarized laser beams.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 11145, Optics and photonics — Lasers and laser-related equipment — Vocabulary and symbols
ISO 12005, Lasers and laser-related equipment — Test methods for laser beam parameters — Polarization
ISO 14644-1:1999, Cleanrooms and associated controlled environments — Part 1: Classification of air
cleanliness
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 11145 and ISO 12005 apply.
4 Symbols and abbreviated terms
Symbols used and units of measure
Symbol Unit Term
ρ 1 degree of linear polarization
φ rad angle of analyser
a V/m amplitude of electric field in x-direction
1
a V/m amplitude of electric field in y-direction
2
a, b V/m principal axes of the vibrational ellipse
δ rad phase difference
∆δ rad phase retardation
E V/m electric field vector
α 1
absorptance in x-direction
x
α 1 absorptance in y-direction
y
ψ rad angle of the principle axis of the vibrational ellipse
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ISO 24013:2006(E)
5 Measurement principle
The optical component under test is irradiated by a laser beam with a defined state of polarization. After
passing the component the state of polarization of the beam is determined by using an analyser. The phase
retardation is then evaluated from the change of the state of polarization.
There are two cases to distinguish:
a) the expected phase retardation is near zero: in this case a circularly polarized beam shall be used for the
test;
b) the expected phase retardation is near π/2: in this case a linearly polarized beam shall be used for the
test.
Figure 1 shows the measuring set up.
a) Optical path for reflective samples
b) Optical path for transmissive samples
Key
1 laser
2 polarizer (linear or circular)
3 sample under test
4 analyser
5 detector
6 alignment laser
7 positional sensitive detector
Figure 1 — Schematic drawing of the measuring set up
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ISO 24013:2006(E)
A laser and a polarizer generating linearly or circularly polarized radiation shall be used in combination with an
analyser and a power detector. For measuring reflective samples an alignment laser in combination with a
positional sensitive detector ensures a reproducible angle alignment of the sample under test.
6 Preparation of test sample and measuring arrangement
6.1 General
Storage, cleaning and the preparation of the test samples are carried out in accordance with the
manufacturer's instructions for normal use.
The environment of the testing place consists of dust-free filtered air with less than 60 % relative humidity. The
residual dust is reduced in accordance with, for example, the clean-room ISO class 7 as defined in
ISO 14644-1:1999.
A linearly polarized laser shall be used as the radiation source. To keep errors as low as possible, the beam
power stability should be as high as possible.
Wavelength, angle of incidence and state of polarization of the laser radiation used for the measurement shall
correspond to the values specified by the manufacturer for the use of the test sample. If ranges are accepted
for these three quantities, any combination of wavelength, angle of incidence and state of polarization may be
chosen from these ranges.
6.2 Laser beam preparation
The accuracy of the measurement is strongly influenced by a clear definition of the state of polarization of the
laser beam. Therefore it is necessary to prepare the polarization state of the probe beam (linearly or circularly)
carefully.
If the expected phase retardation is near π/2, a linearly polarized beam shall be used. The quantity (1 − ρ),
−3
where ρ is the degree of linear polarization, shall be less than 10 . This shall be verified by using the
analyser without the sample in the beam path.
NOTE 1 Such a state of polarization can be achieved by using a linearly polarized laser beam in combination with
additional polarizing elements.
If the expected phase retardation is near zero, a circularly polarized beam shall be used. The degree of linear
−3
polarization ρ shall be less than 10 . This shall be verified by using the analyser without the sample in the
beam path.
NOTE 2 Such a state of polarization can be achieved by using a linearly polarized laser beam in combination with
additional linearly polarizing elements and a π/2 phase retarding element.
All optical elements shall not increase the quantity (1 − ρ) in the case of a linearly polarized beam and ρ in the
−3
case of a circularly polarized beam, by more than 10 . For this reason the use of folding mirrors in the test
setup is discouraged and all other optical elements shall be used under normal incidence.
6.3 Sample adjustment and system calibration
6.3.1 Reflective samples
The sample shall be mounted very accurately at the angle of incidence according to the manufacturer's
specification. The deviation from the intended angle of use shall be less than 2 mrad. For this purpose the
component shall be mounted on a precision rotary stage. Back reflecting the laser beam into the laser cavity
defines the normal incidence.
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ISO 24013:2006(E)
Additionally, in the case of a linearly polarized probe beam, the angle between the plane of vibration of the
incoming laser beam and the plane of incidence shall be (π/4 ± 2) mrad.
6.3.2 Possible alignment procedure
First, the laser beam shall be adjusted so that the beam propagation is parallel to the surface of the optical
table. Second, the beam reflected from the sample shall be adjusted so that the propagation of the reflected
beam is also parallel to the surface of the optical table for all angles of incidence. Third, in case of a linearly
polarized incoming beam, the angle between the plane of vibration and the plane of the optical table shall be
adjusted to be π/4. This can be achieved by adjusting the linear polarizer initially so that the plane of vibration
is parallel to the optical table. This can be checked by using a Brewster window, the turning axis of which is
perpendicular to the optical table. If under these conditions the reflected minimum power is propagating
parallel to the optical table, then turning of the linear polarizer by π/4 finally provides the desired angle of the
linearly polarized beam.
When the alignment has been calibrated according to the procedure described above, the correct alignment of
the additional samples can be simplified by using an additional laser with high pointing stability and a
positional sensitive detector (see Figure 1). In this case the additional laser beam hits the component under
near-normal incidence and the adjustment of the sample under test is performed so that the reflected laser
beam hits the positional sensitive detector at the same positi
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 24013
Première édition
2006-11-15
Optique et photonique — Lasers et
équipements associés aux lasers —
Mesurage du retard de phase des
composants optiques pour le
rayonnement laser polarisé
Optics and photonics — Lasers and laser-related equipment —
Measurement of phase retardation of optical components for polarized
laser radiation
Numéro de référence
ISO 24013:2006(F)
©
ISO 2006
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ISO 24013:2006(F)
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Publié en Suisse
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ISO 24013:2006(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions. 1
4 Symboles et abréviations . 2
5 Principe de mesure. 2
6 Préparation de l'échantillon d’essai et disposition pour le mesurage. 3
6.1 Généralités . 3
6.2 Préparation du faisceau laser. 4
6.3 Réglage de l'échantillon et étalonnage du système. 4
6.4 Système de détection. 5
7 Mode opératoire d'essai. 5
7.1 Mode opératoire d'essai pour un retard de phase de zéro. 5
7.2 Mode opératoire d'essai pour un retard de phase de π/2 . 6
8 Évaluation. 6
8.1 Généralités . 6
8.2 Évaluation pour un retard de phase nul. 7
8.3 Évaluation pour un retard de phase de π/2 . 7
9 Rapport d’essai . 7
Annexe A (informative) Considérations théoriques . 9
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ISO 24013:2006(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 24013 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 172, Optique et photonique, sous-comité SC 9,
Systèmes électro-optiques.
iv © ISO 2006 – Tous droits réservés
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ISO 24013:2006(F)
Introduction
De manière générale, il est souhaitable que l'état de polarisation ne soit pas influencé par les composants
optiques utilisés. L'influence des composants optiques sur la polarisation du faisceau est déterminante pour
générer et entretenir des états de polarisation spécifiques. Pour générer un rayonnement à polarisation
circulaire à partir d'un rayonnement à polarisation linéaire, des retardateurs de phase de π/2 sont utilisés.
La présente Norme internationale décrit des méthodes pour déterminer le retard de phase relatif des
composants optiques par rapport aux axes x et y de polarisation et à la polarisation s et p, respectivement.
Elle permet aux fabricants et aux fournisseurs de composants optiques, ainsi qu'à leurs clients, de déterminer
l'influence du retard de phase des composants optiques.
© ISO 2006 – Tous droits réservés v
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NORME INTERNATIONALE ISO 24013:2006(F)
Optique et photonique — Lasers et équipements associés
aux lasers — Mesurage du retard de phase des composants
optiques pour le rayonnement laser polarisé
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale spécifie des méthodes d'essai pour la détermination du retard de phase
optique de composants optiques par rapport aux faisceaux laser polarisés.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 11145, Optique et photonique — Lasers et équipements associés aux lasers — Vocabulaire et symboles
ISO 12005, Lasers et équipements associés aux lasers — Méthodes d'essai des paramètres du faisceau
laser — Polarisation
ISO 14644-1:1999, Salles propres et environnements maîtrisés apparentés — Partie 1: Classification de la
propreté de l'air
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 11145 et dans l'ISO 12005
s'appliquent.
© ISO 2006 – Tous droits réservés 1
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ISO 24013:2006(F)
4 Symboles et abréviations
Table 1 — Symboles et unités de mesure
Symbole Unité Terme
1 degré de polarisation linéaire
ρ
φ rad angle de l’analyseur
a
V/m amplitude du champ électrique dans la direction x
1
a
V/m amplitude du champ électrique dans la direction y
2
a, b V/m axes principaux de l'ellipse de vibration
δ rad déphasage
∆δ rad retard de phase
E
V/m vecteur champ électrique
α
1 facteur d'absorption dans la direction x
x
α
1 facteur d'absorption dans la direction y
y
ψ rad angle de l'axe principal de l'ellipse de vibration
5 Principe de mesure
Le composant optique soumis à essai est irradié par un faisceau laser dont l'état de polarisation est défini.
Après le passage du faisceau à travers le composant, l'état de polarisation du faisceau est déterminé en
utilisant un analyseur. Le retard de phase est ensuite évalué à partir du changement de l'état de polarisation.
Deux cas se distinguent:
a) le retard de phase prévu est proche de zéro; dans ce cas, un faisceau à polarisation circulaire doit être
utilisé pour l'essai;
b) le retard de phase prévu est proche de π/2; dans ce cas, un faisceau à polarisation linéaire doit être
utilisé pour l'essai.
L'installation de mesure est illustrée à la Figure 1.
Un laser et un polariseur générant un rayonnement à polarisation circulaire ou linéaire doivent être utilisés
conjointement à un analyseur et à un détecteur de puissance. Lorsque des échantillons réfléchissants sont
mesurés, l'utilisation d'un laser d'alignement associé à un détecteur de position permet de garantir un
alignement angulaire reproductible de l'échantillon soumis à essai.
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ISO 24013:2006(F)
a) Trajet optique pour les échantillons réfléchissants
b) Trajet optique pour les échantillons transparents
Légende
1 laser
2 polariseur (linéaire ou circulaire)
3 échantillon soumis à essai
4 analyseur
5 détecteur
6 laser d'alignement
7 détecteur de position
Figure 1 — Schéma de l'installation de mesure
6 Préparation de l'échantillon d’essai et disposition pour le mesurage
6.1 Généralités
Le stockage, le nettoyage et la préparation des échantillons d’essai sont réalisés conformément aux
instructions du fabricant pour l'utilisation normale.
L'environnement du local d'essai est constitué d'air filtré, exempt de poussière et présente une humidité
relative inférieure à 60 %. La poussière résiduelle est réduite conformément à la Classe ISO 7 des salles
propres, comme défini dans l'ISO 14644-1:1999.
Un laser à polarisation linéaire doit être utilisé comme source de rayonnement. Pour maintenir un niveau
d'erreurs aussi bas que possible, il convient que la stabilité de la puissance du faisceau soit la plus élevée
possible.
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ISO 24013:2006(F)
La longueur d'onde, l'angle d'incidence et l'état de polarisation du rayonnement laser utilisé pour le mesurage
doivent correspondre aux valeurs spécifiées par le fabricant pour l'utilisation de l'échantillon d’essai. Si ces
grandeurs sont comprises dans des gammes de valeurs acceptables, toute combinaison de valeurs de
longueur d'onde, d'angle d'incidence et d'état de polarisation peut être choisie dans les limites de ces
gammes.
6.2 Préparation du faisceau laser
Une définition claire de l'état de polarisation du faisceau laser a une influence considérable sur l'exactitude de
mesure. Par conséquent, il est nécessaire de préparer soigneusement l'état de polarisation du faisceau sonde
(linéaire ou circulaire).
Si le retard de phase prévu est proche de π/2, un faisceau à polarisation linéaire doit être utilisé. La grandeur
−3
(1 – ρ), où ρ est le degré de polarisation linéaire, doit être inférieure à 10 Cette grandeur doit être vérifiée en
utilisant un analyseur lorsque l'échantillon n'est pas sur le trajet du faisceau.
NOTE Un tel état de polarisation peut être obtenu en utilisant un faisceau laser à polarisation linéaire conjointement
à d'autres éléments polarisants.
Si le retard de phase prévu est proche de zéro, un faisceau à polarisation circulaire doit être utilisé. Le degré
−3
de polarisation linéaire ρ doit être inférieur à 10 . Cette grandeur doit être vérifiée en utilisant un analyseur
lorsque l'échantillon n'est pas sur le trajet du faisceau.
NOTE Un tel état de polarisation peut être obtenu en utilisant un faisceau laser à polarisation linéaire conjointement
à d'autres éléments polarisants linéaires et à un élément de retardement de phase de π/2.
L'ensemble des dispositifs optiques ne doit pas entraîner une augmentation de la grandeur (1 – ρ) pour un
−3
faisceau à polarisation linéaire, ou ρ pour un faisceau à polarisation circulaire, au-dessus de 10 . À cet effet,
l'utilisation de miroirs de renvoi dans le montage d'essai est déconseillée et tous les autres dispositifs optiques
doivent être utilisés sous une incidence normale.
6.3 Réglage de l'échantillon et étalonnage du système
6.3.1 Échantillons réfléchissants
L'échantillon doit être monté avec une grande exactitude à l'angle d'incidence spécifié par le fabricant. L'écart
par rapport à l'angle d'utilisation prévu doit être inférieur à 2 mrad. À cet effet, le composant doit être monté
sur une platine tournante de précision. L'incidence normale est définie par la rétroréflexion du faisceau laser
dans la cavité du laser.
En outre, pour un faisceau sonde à polarisation linéaire, l'angle formé par le plan de vibration du faisceau
laser entrant et le plan d'incidence doit être de (π/4 ± 2) mrad.
6.3.2 Mode opératoire d'alignement possible
Le faisceau laser doit tout d'abord être réglé de sorte que la propagation du faisceau soit parallèle à la surface
de la table optique. Ensuite, le faisceau réfléchi par l'échantillon doit également être réglé pour se propager
parallèlement à la surface de la table optique pour tous les angles d'incidence. Enfin, en cas de faisceau
entrant à polarisation linéaire, l'angle formé par le plan de vibration du faisceau laser et le plan de la table
optique doit être réglé à π/4. Ceci peut être obtenu en réglant initialement le polariseur linéaire de sorte que le
plan de vibration soit parallèle à la table optique. Ce réglage peut être vérifié en utilisant une fenêtre Brewster
dont l'angle de rotation est perpendiculaire à la table optique; si, dans ces conditions, la puissance minimale
réfléchie se propage parallèlement à la table optique, l'angle recherché pour le faisceau à polarisation linéaire
est obtenu en tournant le polariseur linéaire de π/4.
Lorsque l'alignement a été étalonné conformément au mode opératoire décrit ci-dessus, les autres
échantillons peuvent être alignés plus simplement en utilisant un laser supplémentaire présentant une stabilité
de pointage élevée et un détecteur de position (voir Figure 1). Dans ce cas, le faisceau laser supplémentaire
arrive sur le composant sous une incidence quasi normale, et l'échantillon soumis à essai est réglé pour que
le faisceau laser réfléchi arrive sur le détecteur de position au même endroit.
4 © ISO 2006 – Tous droits réservés
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ISO 24013:2006(F)
6.3.3 Échantillons transparents
L'échantillon doit être monté à l'angle d'incidenc
...
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