ISO 12005:2003
(Main)Lasers and laser-related equipment — Test methods for laser beam parameters — Polarization
Lasers and laser-related equipment — Test methods for laser beam parameters — Polarization
ISO 12005:2003 specifies a method for determining the polarization status and, whenever possible, the degree of polarization of the beam from a continuous wave (cw) laser. It can also be applied to repetitively pulsed lasers, if their electric field vector orientation does not change from pulse to pulse. ISO 12005:2003 also specifies the method for determining the direction of the plane of oscillation in the case of linearly polarized (totally or partially) laser beams. It is assumed that the laser radiation is quasi-monochromatic and sufficiently stable for the purpose of the measurement. The knowledge of the polarization status can be very important for some applications of lasers with a high divergence angle, for instance when the beam of such a laser shall be coupled with polarization dependent devices (e.g. polarization maintaining fibres). ISO 12005:2003 also specifies a method for the determination of the state of polarization of highly divergent laser beams, as well as for the measurement of beams with large apertures.
Lasers et équipements associés aux lasers — Méthodes d'essai des paramètres du faisceau laser — Polarisation
L'ISO 12005:2003 spécifie une méthode de détermination de l'état et, chaque fois que cela est possible, du degré de polarisation d'un laser continu (cw). Elle peut également être appliquée aux lasers impulsionnels répétitifs, à condition que l'orientation du vecteur champ électrique ne change pas d'une impulsion à l'autre. L'ISO 12005:2003 spécifie également la méthode permettant de déterminer la direction du plan des oscillations pour les faisceaux lasers à polarisation linéaire (totale ou partielle). Le rayon laser est supposé être quasi monochromatique et suffisamment stable pour pouvoir être mesuré. La connaissance de l'état de polarisation peut être très importante pour certaines applications de lasers hautement divergents, par exemple lorsque le rayon d'un tel laser doit être couplé avec des dispositifs dépendant de la polarisation (par exemple fibres de maintien de polarisation). L'ISO 12005:2003 spécifie également une méthode pour la détermination de l'état de polarisation des faisceaux laser hautement divergents, ainsi que qu'une méthode pour la mesure des faisceaux de large ouverture.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 12005
Second edition
2003-04-01
Lasers and laser-related equipment —
Test methods for laser beam
parameters — Polarization
Lasers et équipements associés aux lasers — Méthodes d'essai des
paramètres du faisceau laser — Polarisation
Reference number
ISO 12005:2003(E)
©
ISO 2003
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ISO 12005:2003(E)
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Published in Switzerland
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ISO 12005:2003(E)
Contents Page
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Test method for state of polarization . 3
4.1 Principle of measurement . 3
4.2 Equipment arrangement . 3
4.3 Components . 4
4.4 Test procedure . 5
4.5 Analysis of the results . 6
5 Test report . 7
Annex A (informative) Complete description of the polarization status of a monochromatic
laser beam . 9
Bibliography . 11
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ISO 2003 – All rights reserved iii
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ISO 12005:2003(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 12005 was prepared by Technical Committee ISO/TC 172, Optics and optical instruments, Subcommittee
SC 9, Electro-optical systems.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 12005:1999), which has been technically
revised.
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ISO 12005:2003(E)
Introduction
This International Standard specifies a relatively quick and simple method, requiring minimum equipment, for
determining the state of polarization of a laser beam.
This method is for well-polarized laser beams, including those emitted by lasers with a high divergence angle.
However, if more completeness in the determination of the polarization status is required, the use of a more
sophisticated analysing device is necessary. Although not within the scope of this International Standard, the
principle of operation of such devices is given in Annex A, together with a description of the Stokes parameters
which are needed in that case.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 12005:2003(E)
Lasers and laser-related equipment — Test methods for laser
beam parameters — Polarization
1Scope
This International Standard specifies a method for determining the polarization status and, whenever possible,
the degree of polarization of the beam from a continuous wave (cw) laser. It can also be applied to repetitively
pulsed lasers, if their electric field vector orientation does not change from pulse to pulse.
This International Standard also specifies the method for determining the direction of the plane of oscillation in
the case of linearly polarized (totally or partially) laser beams. It is assumed that the laser radiation is quasi-
monochromatic and sufficiently stable for the purpose of the measurement.
The knowledge of the polarization status can be very important for some applications of lasers with a high
divergence angle, for instance when the beam of such a laser shall be coupled with polarization dependent
devices (e.g. polarization maintaining fibres). This International Standard also specifies a method for the
determination of the state of polarization of highly divergent laser beams, as well as for the measurement of
beams with large apertures.
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 11145:2001, 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
CIE 59-1984, Definitions and Nomenclature, Instrument Polarization
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 11145:2001, IEC 61040:1990,
CIE 59-1984 and the following apply.
3.1
polarization
restriction of oscillations of the electric field vector to certain directions
NOTE This is a fundamental phenomenon which can be explained by the concept that electromagnetic radiation is a
transverse wave motion, i. e. the vibrations are at right angles to the direction of propagation. It is customary to consider
these vibrations as being those of the electric field vector.
3.2
state of polarization
classification of polarization as linear, random, circular, elliptical or unpolarized
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ISO 12005:2003(E)
3.3
direction of polarization
direction of the electric field vector of an electromagnetic wave
3.4
plane of polarization
plane containing the electric field vector and the direction of propagation of the electromagnetic radiation
3.5
ellipticity
b/a
〈elliptically polarized radiation〉 ratio of the minor semiaxis ba of the ellipse to the major semiaxis of the ellipse
NOTE The ellipse is described by the motion of the terminal point of the electric field vector in a transverse plane to the
direction of radiation propagation (see Annex A).
3.6
ellipticity angle
�
angle whose tangent is the ellipticity
◦ ◦ ◦
NOTE The ellipticity angle is constrained to −45 � ��+ 45 . When �=± 45 the polarization is circular and when
◦
�= 0 the polarization is linear (see Annex A).
3.7
azimuth
Φ
angle between the major axis of the instantaneous ellipse and a reference axis perpendicular to the direction of
propagation
NOTE See Annex A.
3.8
linear polarizer
optical device whose output is linearly polarized, without regard to the status and degree of polarization of the
incident radiation
3.9
extinction ratio
〈linear polarizer〉 measure of the quality of the linear polarizer
NOTE If perfectly linearly polarized radiation is incident on a polarizer, then the extinction ratio of the polarizer is given by
τ ρ
min min
extinction ratio = or
τ ρ
max max
where
τ (ρ ) is the maximum transmittance (reflectance)
max max
τ (ρ ) is the minimum transmittance (reflectance)
min min
of power (energy) through (of) the linear polarizer.
3.10
quarter wave plate
optical device which resolves an incident totally polarized beam of radiation into two orthogonally polarized
◦
components and introduces a 90 phase shift between them
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2 ISO 2003 – All rights reserved
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ISO 12005:2003(E)
3.11
stokes parameters
set of four real quantities, which completely describe the polarization state of monochromatic or quasi-
monochromatic radiation
4× 1
NOTE The parameters are, collectively, known as the Stokes vector, a vector (see Annex A for a complete
description and formulae for Stokes parameters).
4 Test method for state of polarization
4.1 Principle of measurement
The first test for laser beam polarization determines whether the beam is linearly polarized. This involves
recording the maximum and minimum levels of the transmitted radiation while the angular orientation of the
linear polarizer is varied, as shown in Figure 1.
If the beam is not linearly polarized (according to the criteria given in 4.5), it is tested for elliptical or circular
polarization. For this test the beam is measured after transmission by both a quarter-wave plate and a linear
polarizer, as shown in Figure 2.
If not in either of these states, it is only partially polarized or unpolarized.
Key
1 laser
2 reference axis
3 polarizer
4 detector
5 laser beam
◦
a
Rotation 180
Figure 1 — Schematic arrangement for the test for linear polarization
4.2 Equipment arrangement
4.2.1 General
The experimental set-up is shown in Figures 1 and 2.
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ISO 12005:2003(E)
Key
1laser
2 reference axis
3 polarizer
4 detector
5 laser beam
6 quarter-wave plate
◦
a
Rotation 180
Figure 2 — Schematic arrangement for the test for elliptical or circular polarization
4.2.2 Special arrangement for the testing of beams with large divergence angles
A highly divergent beam will not be transmitted through all the components of the test arrangements given
above. In this case, a collimating assembly shall be inserted between the laser and the first component
(reference axis) (see Figure 3). This assembly is made of stigmatic collecting optics (such as a meniscus lens
or
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 12005
Deuxième édition
2003-04-01
Lasers et équipements associés aux
lasers — Méthodes d'essai des
paramètres du faisceau laser —
Polarisation
Lasers and laser-related equipment — Test methods for laser beam
parameters — Polarization
Numéro de référence
ISO 12005:2003(F)
©
ISO 2003
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ISO 12005:2003(F)
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Le présent fichier PDF peut contenir des polices de caractères intégrées. Conformément aux conditions de licence d'Adobe, ce fichier
peut être imprimé ou visualisé, mais ne doit pas être modifié à moins que l'ordinateur employé à cet effet ne bénéficie d'une licence
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de ce fichier par les comités membres de l'ISO. Dans le cas peu probable où surviendrait un problème d'utilisation, veuillez en informer
le Secrétariat central à l'adresse donnée ci-dessous.
© ISO 2003
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
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ISO copyright office
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Publié en Suisse
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ISO 12005:2003(F)
Sommaire Page
1 Domaine d'application . 1
2Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4Méthode d'essai de l'état de polarisation . 3
4.1 Principe de mesurage . 3
4.2 Montage d'essai . 3
4.3 Instruments . 4
4.4 Mode opératoire d'essai . 5
4.5 Analyse des résultats . 6
5 Rapport d'essai . 7
Annexe A (informative) Description complète de l'état de polarisation d'un faisceau laser
monochromatique . 9
Bibliographie . 11
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ISO 12005:2003(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 12005 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 172, Optique et photonique, sous-comité SC 9,
Systèmes électro-optiques.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 12005:1999), dont elle constitue une
révision technique.
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iv ISO 2003 – Tous droits réservés
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ISO 12005:2003(F)
Introduction
La présente Norme internationale spécifie une méthode relativement rapide et simple, nécessitant un
équipement minimal pour déterminer l'état de polarisation d'un faisceau laser.
Cette méthode convient aux faisceaux lasers bien polarisés, y compris ceux émis par des lasers hautement
divergents. Cependant, un dispositif d'analyse plus sophistiqué est nécessaire en cas de besoin d'une
détermination plus approfondie de l'état de polarisation. Bien que n'étant pas couvert par le domaine
d'application de la présente Norme internationale, le principe de fonctionnement de ces dispositifs est donné à
l'Annexe A, avec une description des paramètres de Stokes nécessaires dans ce cas.
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NORME INTERNATIONALE ISO 12005:2003(F)
Lasers et équipements associés aux lasers — Méthodes d'essai
des paramètres du faisceau laser — Polarisation
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale spécifie une méthode de détermination de l'état et, chaque fois que cela est
possible, du degré de polarisation d'un laser continu (cw). Elle peut également être appliquée aux lasers
impulsionnels répétitifs, à condition que l'orientation du vecteur champ électrique ne change pas d'une
impulsion à l'autre.
La présente Norme internationale spécifie également la méthode permettant de déterminer la direction du plan
des oscillations pour les faisceaux lasers à polarisation linéaire (totale ou partielle). Le rayon laser est supposé
être quasi monochromatique et suffisamment stable pour pouvoir être mesuré.
La connaissance de l'état de polarisation peut être très importante pour certaines applications de lasers
hautement divergents, par exemple lorsque le rayon d'un tel laser doit être couplé avec des dispositifs
dépendant de la polarisation (par exemple fibres de maintien de polarisation). La présente Norme
internationale spécifie également une méthode pour la détermination de l'état de polarisation des faisceaux
lasers hautement divergents, ainsi qu'une méthode pour la mesure des faisceaux de large ouverture.
2Références 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 11145:2001, 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 laser
CIE 59-1984, Polarization: Definitions and nomenclature, Instrument polarization, (Polarisation: Définitions et
nomenclature, Polarisation des instruments) (en anglais)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO11145:2001, la
CEI 61040:1990 et la CIE 59-1984 ainsi que les suivants s'appliquent.
3.1
polarisation
restriction à certaines directions des oscillations du vecteur champ électrique
NOTE C'est un phénomène fondamental qui peut être expliqué par le concept que le rayonnement électromagnétique est
un mouvement transversal de l'onde. En d'autres termes, les oscillations sont normales à la direction de propagation. En
général, on considère que les oscillations en question sont celles du vecteur champ électrique.
3.2
état de polarisation
classification de la polarisation en linéaire, aléatoire, circulaire, elliptique ou non polarisé
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ISO 2003 – Tous droits réservés 1
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ISO 12005:2003(F)
3.3
direction des oscillations
direction du vecteur champ électrique d'une onde électromagnétique
3.4
plan de polarisation
plan contenant le vecteur champ électrique et la direction de propagation du rayonnement électromagnétique
3.5
ellipticité
b/a
〈rayonnement à polarisation elliptique〉 rapport entre le demi-petit axe «»ba de l'ellipse et le demi-grand axe «»
de l'ellipse
NOTE L'ellipse est décrite par le mouvement de l'extrémité du vecteur champ électrique dans un plan perpendiculaire à la
direction de propagation du rayonnement (voir Annexe A).
3.6
angle d'ellipticité
ε
angle dont la tangente est l'ellipticité
◦ ◦ ◦
NOTE L'angle d'ellipticité est borné par les valeurs: −45 � ε�+45 . Si ε=±45 la polarisation est circulaire et si
◦
ε = 0 , la polarisation est linéaire (voir Annexe A).
3.7
azimut
Φ
angle entre le grand axe de l'ellipse instantanée et un axe de référence perpendiculaire à la direction de
propagation
NOTE Voir Annexe A.
3.8
polariseur linéaire
dispositif optique à la sortie duquel la polarisation est linéaire quel que soit l'état ou le degré de polarisation du
rayonnement incident
3.9
coefficient d'extinction
〈polariseur linéaire〉 mesure de la qualité du polariseur linéaire
NOTE Si un rayonnement polarisé de façon parfaitement linéaire est incident sur un polariseur, le coefficient d'extinction du
polariseur est donné par
τ ρ
min min
coefficient d’extinction = ou
τ ρ
max max
où
τ (ρ ) est le facteur de transmission (réflexion) maximal
max max
τ (τ ) est le facteur de transmission (réflexion) minimal
min min
de la puissance (énergie) à travers le polariseur linéaire.
3.10
lame quart d'onde
dispositif optique qui transforme un faisceau de rayonnement incident totalement polarisé en deux
◦
composantes polarisées orthogonalement et qui introduit un déphasage de 90 entre elles
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2 ISO 2003 – Tous droits réservés
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ISO 12005:2003(F)
3.11
paramètres de Stokes
ensemble de quatre grandeurs réelles, qui donnent une description complète de l'état de polarisation des
rayonnements monochromatiques ou quasi monochromatiques
4×
NOTE Collectivement, ces paramètres forment le vecteur de Stokes, qui est un vecteur (voir la description complète et
les formules des paramètres de Stokes à l'Annexe A).
4Méthode d'essai de l'état de polarisation
4.1 Principe de mesurage
Le premier essai de la polarisation du faisceau laser détermine si la polarisation du faisceau est linéaire. Ceci
implique l'enregistrement du niveau minimal et du niveau maximal du rayonnement transmis en modifiant
l'angle d'orientation du polariseur linéaire, comme montré à la Figure 1.
Si la polarisation du faisceau n'est pas linéaire (selon les critères donnés en 4.5), il est soumis à des essais
permettant de déterminer si la polarisation est elliptique ou circulaire. Pour cet essai, le faisceau est mesuré
après transmission au travers d'une lame quart d'onde et d'un polariseur linéaire, comme montré à la Figure 2.
Si la polarisation de ce faisceau ne correspond ni à l'un ni à l'autre état, le faisceau est seulement partiellement
polarisé ou non polarisé.
Légende
1 laser
2axe de référence
3 polariseur
4détecteur
5 faisceau laser
◦
a
Rotation de 180 .
Figure 1 — Montage schématique pour l’essai de polarisation linéaire
4.2 Montage d'essai
4.2.1 Généralités
Voir les Figures 1 et 2 pour la disposition schématique du montage expérimental.
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ISO 12005:2003(F)
Légende
1laser
2axe de référence
3 polariseur
4détecteur
5 faisceau laser
6 lame quart d’onde
◦
a
Rotation de 180 .
Figure 2 — Montage schématique pour l'essai de polarisation elliptique ou circulaire
4.2.2 Montage spécial pour les essais de lasers à faisceau hautement divergent
Un faisceau hautement divergent ne sera pas transmis à travers tous les composants du montage d'essai
donné ci-dessus. Dans ce cas, un assemblage de collimation doit être inséré entre le laser et le premier
composant (axe de référence) (voir Figure 3). Cet assemblage est constitué de stigmatic collecting optics (tels
que lentille ménisque ou groupe de lentilles) c
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.