ISO 11554:1998
(Main)Optics and optical instruments — Lasers and laser-related equipment — Test methods for laser beam power, energy and temporal characteristics
Optics and optical instruments — Lasers and laser-related equipment — Test methods for laser beam power, energy and temporal characteristics
Optique et instruments d'optique — Lasers et équipements associés aux lasers — Méthodes d'essai de la puissance et l'énergie des faisceaux lasers et de leurs caractéristiques temporelles
La présente Norme internationale spécifie les méthodes de mesurage utilisées pour déterminer la puissance et l'énergie des lasers continus et impulsionnels ainsi que les caractéristiques temporelles qui sont: la forme d'impulsion, la durée d'impulsion et la fréquence de répétition des impulsions. Elle indique en outre les méthodes d'essai et d'évaluation de la stabilité de puissance des lasers continus, de la stabilité de l'énergie des lasers impulsionnels, de la stabilité de la durée d'impulsion et de la stabilité de la fréquence de répétition des impulsions. Les méthodes d'essai données dans la présente Norme internationale sont destinées à être utilisées pour les essais et la détermination des caractéristiques des lasers.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 11554
First edition
1998-12-15
Optics and optical instruments — Lasers
and laser-related equipment — Test
methods for laser beam power, energy and
temporal characteristics
Optique et instruments d'optique — Lasers et équipements associés aux
lasers — Méthodes d'essai de la puissance et l'énergie des faisceaux
lasers et de leurs caractéristiques temporelles
A
Reference number
ISO 11554:1998(E)
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ISO 11554:1998(E)
Contents Page
1 Scope .1
2 Normative references .1
3 Terms and definitions .1
4 Symbols and units.1
5 Measurement principles.2
6 Measurement configuration, test equipment and auxiliary devices.2
7 Measurements.4
8 Evaluation.5
9 Test report .9
Annex ZA (informative) EN standards equivalent to normative International Standards.11
© ISO 1998
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means, electronic
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International Organization for Standardization
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Printed in Switzerland
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ISO 11554:1998(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 3.
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.
International Standard ISO 11554 was prepared by Technical Committee ISO/TC 172, Optics and optical
instruments, Subcommittee SC 9, Electro-optical systems.
Annex ZA of this International Standard is for information only.
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INTERNATIONAL STANDARD © ISO ISO 11554:1998(E)
Optics and optical instruments — Lasers and laser-related
equipment — Test methods for laser beam power, energy and
temporal characteristics
1 Scope
This International Standard specifies test methods for determining the power and energy of continuous-wave and
pulsed laser beams, as well as their temporal characteristics of pulse shape, pulse duration and pulse repetition
rate. Test and evaluation methods are also given for the power stability of cw-lasers, energy stability of pulsed
lasers, pulse duration stability and pulse repetition rate stability.
The test methods given in this International Standard are intended to be used for testing and characterization of
lasers.
2 Normative references
The following normative documents contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of
this International Standard. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these
publications do not apply. However, parties to agreements based on this International Standard are encouraged to
investigate the possibility of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For
undated references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of ISO and IEC
maintain registers of currently valid International Standards.
ISO 11145:1994, Optics and optical instruments — Lasers and laser-related equipment — Vocabulary and symbols.
IEC 61040:1990, Power and energy measuring detectors — Instruments and equipment for laser radiation.
VIM, International Vocabulary of Basic and General Terms in Metrology (BIPM, IEC, ISO, OIML).
3 Terms and definitions
For the purposes of this International Standard, the terms and definitions given in ISO 11145 and in the International
Vocabulary of Basic and General Terms in Metrology apply.
4 Symbols and units
The symbols and units given in ISO 11145 and in Table 1 are used in this International Standard.
1
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ISO 11554:1998(E)
Table 1 — Symbols and units of measurement
Symbol Unit Term
W Medium-term relative power fluctuation (1 min) to a 95 % confidence level
ΔP
1
ΔP W Long-term relative power fluctuation (60 min) to a 95 % confidence level
60
P , P W Power averaged over 0,01 s for t and over 1 s for t
1 60 1 60
W Mean power, averaged over 1 min and 60 min, respectively, at the operating conditions specified
PP,
160
by the manufacturer
ΔQ J Relative pulse energy fluctuation to a 95 % confidence level
t s Medium-term interval (1 min)
1
t s Long-term interval (60 min)
60
s - Measured standard deviation
u - Relative uncertainty of calibration factor to a 95 % confidence level
rel,k
u - Relative uncertainty of measurement to a 95 % confidence level
rel
f Hz Upper cutoff frequency
D
s Pulse repetition period
T
s Rise time of laser pulse
τ
R
Δτ - Relative pulse duration fluctuation with regard to τ to a 95 % confidence level
H H
-
Δτ Relative pulse duration fluctuation with regard to τ to a 95 % confidence level
10 10
m - Reading
- Mean value of readings
m
( ) - Detector signal
U t
5 Measurement principles
The laser beam is directed onto the detector surface to produce a signal with amplitude proportional to the power or
energy of the laser. The amplitude versus time is measured. Beam-forming and/or -attenuation devices may be
used.
The evaluation method depends on the parameter to be determined and is described in clause 8.
6 Measurement configuration, test equipment and auxiliary devices
6.1 Preparation
The laser beam and the optical axis of the measuring system shall be coaxial. Select the diameter (cross-section) of
the optical system such that it accommodates the entire cross-section of the laser beam, and so that clipping or
diffraction loss is smaller than 10 % of the intended measurement uncertainty.
Arrange an optical axis in such a way that it is coaxial with the laser beam to be measured. Suitable optical
alignment devices are available for this purpose (e.g. aligning lasers or steering mirrors). Mount the attenuators or
beam-forming optics such that the optical axis runs through the geometrical centers. Care should be exercized to
avoid systematic errors.
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ISO 11554:1998(E)
NOTE Reflections, external ambient light, thermal radiation and air currents are all potential sources of errors.
After the initial preparation is completed, make an evaluation to determine if the entire laser beam reaches the
detector surface. Apertures of different diameters can be introduced into the beam path in front of each optical
component. Reduce the aperture size until the output signal has been reduced by 5 %. This aperture should have a
diameter at least 20 % smaller than the aperture of the optical component.
6.2 Control of environmental impacts
Take suitable precautions, such as mechanical and acoustical isolation of the test set-up, shielding from extraneous
radiation, temperature stabilization of the laboratory, choice of low-noise amplifiers, to ensure that the contribution to
the total error is less than 10 % of the intended uncertainty. Check by performing a background measurement such
as described in clause 7, but with the laser beam blocked from the detector (e.g. by a beam stop in the laser
resonator or close to the laser output). The value for the standard deviation (laser beam blocked) obtained by an
evaluation as described in clause 8 shall be smaller than 1/10 of the value obtained from a measurement with the
laser beam reaching the detector.
6.3 Detectors
The provisions of IEC 61040:1990 apply to the radiation detector, clauses 3 and 4 being particularly important.
Furthermore, the following points shall be noted:
a) Calibrated power/energy meter
Any wavelength dependency, non-linearity or non-uniformity of the detector or the electronic device shall
be minimized or corrected by use of a calibration procedure.
b) Time-resolving detector
It shall be confirmed, from manufacturer's data or by measurement, that the output quantity of the detector
(e.g. the voltage) is linearly dependent on the input quantity (laser power). Any wavelength dependency,
non-linearity or non-uniformity of the detector or the electronic device shall be minimized or corrected by
use of a calibration procedure.
The electrical frequency bandwidth of the detector, including the bandwidth of a succeeding amplifier and
associated electronics, shall reproduce the temporal laser pulse shape correctly. The decisive factor for
this is the steepest slope. This International Standard cannot be applied to measure pulses faster than the
capability of the detection electronics.
The upper cutoff frequency f (6 dB decay of the sensitivity) of the detector including the amplifier should at least be
D
three times the reciprocal value of the rise time τ of the laser pulse.
R
1
f ‡ 3 (1)
D
t
R
The lower cutoff frequency shall be zero.
Care shall be taken to ascertain the damage threshold (for irradiance, radiant exposure, power and energy) of the
detector surface and of all optical
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 11554
Première édition
1998-12-15
Optique et instruments d'optique — Lasers
et équipements associés aux lasers —
Méthodes d'essai de la puissance et
l'énergie des faisceaux lasers et de leurs
caractéristiques temporelles
Optics and optical instruments — Lasers and laser-related equipment —
Test methods for laser beam power, energy and temporal characteristics
A
Numéro de référence
ISO 11554:1998(F)
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ISO 11554:1998(F)
Sommaire Page
1 Domaine d’application .1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions.1
4 Symboles et unités .1
5 Principes de mesure.2
6 Dispositif de mesurage, appareillage d'essai et dispositifs auxiliaires .2
7 Mesurages .4
8 Évaluation.5
9 Rapport d'essai .9
Annexe ZA (informative) Normes européennes EN équivalentes aux Normes internationales.11
© ISO 1998
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque
forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit de l'éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 • CH-1211 Genève 20 • Suisse
Internet iso@iso.ch
Imprimé en Suisse
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ISO 11554:1998(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 3.
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.
La présente Norme internationale a été élaborée par le comité technique ISO/TC 172, Optique et instruments
d'optique, sous-comité SC 9, Systèmes électro-optiques.
L'annexe ZA de la présente Norme internationale est donnée uniquement à titre d’information.
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NORME INTERNATIONALE © ISO ISO 11554:1998(F)
Optique et instruments d'optique — Lasers et équipements
associés aux lasers — Méthodes d'essai de la puissance et
l'énergie des faisceaux lasers et de leurs caractéristiques
temporelles
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale spécifie les méthodes de mesurage utilisées pour déterminer la puissance
et l'énergie des lasers continus et impulsionnels ainsi que les caractéristiques temporelles qui sont: la forme
d'impulsion, la durée d'impulsion et la fréquence de répétition des impulsions. Elle indique en outre les méthodes
d'essai et d'évaluation de la stabilité de puissance des lasers continus, de la stabilité de l'énergie des lasers
impulsionnels, de la stabilité de la durée d'impulsion et de la stabilité de la fréquence de répétition des impulsions.
Les méthodes d'essai données dans la présente Norme internationale sont destinées à être utilisées pour les
essais et la détermination des caractéristiques des lasers.
2 Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui y est faite,
constituent des dispositions valables pour la présente Norme internationale. Pour les références datées, les
amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications ne s’appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes
aux accords fondés sur la présente Norme internationale sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les
éditions les plus récentes des documents normatifs indiqués ci-après. Pour les références non datées, la dernière
édition du document normatif en référence s’applique. Les membres de la CEI et de l'ISO possèdent le registre des
Normes internationales en vigueur.
ISO 11145:1994, Optique et instruments d'optique — Lasers et équipements associés aux lasers — Vocabulaire et
symboles.
CEI 61040:1990, Détecteurs, instruments et matériels de mesurage de puissance et d'énergie des rayonnements
lasers.
VIM, Vocabulaire des termes fondamentaux et généraux de métrologie (publié par le BIPM, la CEI, l'ISO et l'OIML).
3 Termes et définitions
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les termes et définitions, donnés dans l'ISO 11145 et dans le
Vocabulaire international des termes fondamentaux et généraux de métrologie s'appliquent.
4 Symboles et unités
Les symboles et unités donnés dans l’ISO 11145 et dans le Tableau 1 sont utilisés dans la présente Norme
internationale.
1
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© ISO
ISO 11554:1998(F)
Tableau 1 — Symboles et unités de mesure
Symbole Unité Terme
W Fluctuation relative de puissance à moyen terme (1 min) pour un niveau de confiance de
ΔP
1
95 %
Δ W Fluctuation relative de puissance à long terme (60 min) pour un niveau de confiance de 95 %
P
60
P , P W Puissance moyennée sur 0,01 s pour t et sur 1 s pour t
1 60 1 60
W Puissance moyenne, calculée sur 1 min et 60 min, respectivement, pour les conditions
,
P P
1 60
d'utilisation spécifiées par le fabricant
ΔQ J Fluctuation relative de l'énergie d'impulsion pour un niveau de confiance de 95 %
t s Intervalle de temps moyen (1 min)
1
t s Intervalle de temps long (60 min)
60
s - Écart-type mesuré
u - Incertitude relative du coefficient d'étalonnage pour un niveau de confiance de 95 %
rel,k
u - Incertitude de mesure relative pour un niveau de confiance de 95 %
rel
f Hz Fréquence de coupure supérieure
D
T s Durée de répétition des impulsions
s Temps de montée de l'impulsion du laser
τ
R
Δτ s Fluctuation relative de la durée d'impulsion par rapport à τ pour un niveau de confiance de
H H
95 %
Δτ s Fluctuation relative de la durée d'impulsion par rapport à τ pour un niveau de confiance de
10 10
95 %
m - Lecture
- Valeur moyenne des lectures
m
U(t) - Signal du détecteur
5 Principes de mesure
Le faisceau laser est dirigé sur la surface du détecteur pour produire un signal dont l'amplitude est proportionnelle à
la puissance ou l'énergie du laser. On mesure l'amplitude en fonction du temps. Il est possible d'utiliser des
dispositifs de formation et/ou d'atténuation du faisceau.
L'évaluation dépend du paramètre à déterminer et elle est décrite dans l'article 7.
6 Dispositif de mesurage, appareillage d'essai et dispositifs auxiliaires
6.1 Préparation
Le faisceau laser et l'axe optique du système de mesurage doivent être coaxiaux. Le diamètre (section
transversale) du système optique doit être choisi de sorte qu'il accepte la totalité de la section transversale du
faisceau laser et que la perte par séparation ou diffraction soit inférieure à 10 % de l'incertitude de mesure
escomptée.
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ISO 11554:1998(F)
Un axe optique est disposé de façon à être coaxial avec le faisceau laser à mesurer. Pour cela, on utilise des
dispositifs d'alignement optique adaptés (par exemple, des lasers d'alignement ou des miroirs orientables). Les
atténuateurs ou les optiques de formation de faisceau doivent être montés de telle façon que l'axe optique passe
par les centres géométriques. Des précautions doivent être prises pour éviter les erreurs systématiques.
NOTE Les réflexions, la lumière ambiante extérieure, le rayonnement thermique ou les courants d'air sont autant de sources
potentielles d'erreur.
La préparation initiale étant achevée, une évaluation doit être faite pour déterminer si la totalité du faisceau laser
atteint la surface du détecteur. Des ouvertures de différents diamètres peuvent être introduites dans le trajet du
faisceau en face de chaque composant optique. La dimension de l'ouverture est réduite jusqu'à réduction du signal
de sortie de 5 %. Il convient que cette ouverture ait un diamètre inférieur d'au moins 20 % à l'ouverture du
composant optique.
6.2 Incidence de l'environnement
Des mesures appropriées (par exemple, l'isolation mécanique et acoustique du dispositif de mesurage, la protection
contre tout rayonnement étranger, la stabilisation de la température du laboratoire, le choix d'amplificateurs à faible
bruit) doivent être prises pour s'assurer que la contribution de ces différents facteurs à l'erreur totale reste inférieure
à 10 % de l'incertitude prévue. On vérifie cela en effectuant un mesurage de référence, c'est-à-dire un mesurage du
type de celui qui est décrit dans l'article 7, mais en veillant à ce que le faisceau laser n'atteigne pas le détecteur (par
exemple, en intercalant un arrêt de faisceau dans la cavité du laser ou près de la sortie du laser). La valeur de
l'écart-type (faisceau laser bloqué), obtenue en effectuant une évaluation du type de celle qui est décrite dans
l'article 8, doit être inférieure à 1/10 de la valeur obtenue en effectuant un mesurage lorsque le faisceau laser atteint
le détecteur.
6.3 Détecteurs
Les dispositions de la CEI 61040:1990 s'appliquent au détecteur de rayonnement. Les articles 3 et 4 sont
particulièrement importants. De plus, il faut prendre note des points suivants:
a) Mesureur de puissance/énergie étalonné
Toute non-linéarité ou non-uniformité du détecteur ou du dispositif électronique, ainsi que sa dépendance
à la longueur d'onde, doit être minimisée ou corrigée au moyen d'une procédure d'étalonnage.
b) Détecteur fonctionnant sur une base temporelle
Il faut confirmer, à partir des données fabricant ou par mesurage, que la grandeur de sortie du détecteur
(par exemple, la tension) est linéairement dépendante de sa grandeur d'entrée (la puissance du laser).
Toute dépendance à la longueur d'onde, toute non-linéarité ou non-uniformité du détecteur ou du dispositif
électronique, doit être réduite au minimum ou corrigée par une procédure d'étalonnage.
La largeur de bande de la fréquence électrique du détecteur, y compris la largeur de bande d'un
amplificateur et de l'électronique associée, doit permettre de reproduire correctement la forme d'impulsions
du laser. La pente la plus marquée constitue le facteur décisif. La présente Norme internationale ne peut
être utilisée pour mesurer des impulsions plus rapides que la capacité de l'électronique de détection.
Il convient que la fréquence de coupure supérieure f (réduction de 6 dB de la sensibilité) du détecteur, et de
D
l'amplificateur, soit au moins égale à trois fois l'inverse du temps de montée τ de l'impulsion du laser.
R
1
f ≥ 3 (1)
D
t
R
La fréquence de coupure inférieure doit être égale à zéro.
Il importe de vérifier les seuils d'endommagement (pour l'irradiation, l'exposition au rayonnement, la puissance et
l'énergie) de la surface du détecteur pour s'assur
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.