ISO 11146-1:2021
(Main)Lasers and laser-related equipment — Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios — Part 1: Stigmatic and simple astigmatic beams
Lasers and laser-related equipment — Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios — Part 1: Stigmatic and simple astigmatic beams
This document specifies methods for measuring beam widths (diameter), divergence angles and beam propagation ratios of laser beams. This document is only applicable for stigmatic and simple astigmatic beams. If the type of the beam is unknown, and for general astigmatic beams, ISO 11146‑2 is applicable.
Lasers et équipements associés aux lasers — Méthodes d'essai des largeurs du faisceau, angles de divergence et facteurs de limite de diffraction — Partie 1: Faisceaux stigmatiques et astigmatiques simples
Le présent document spécifie les méthodes pour mesurer les largeurs (diamètres) du faisceau, les angles de divergence et les facteurs de limite de diffraction. Le présent document s'applique uniquement aux faisceaux stigmatiques et astigmatiques simples. Si le type de faisceau est inconnu et pour les faisceaux astigmatiques généraux, l'ISO 11146‑2 s'applique.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 11146-1
Second edition
2021-07
Lasers and laser-related equipment —
Test methods for laser beam
widths, divergence angles and beam
propagation ratios —
Part 1:
Stigmatic and simple astigmatic
beams
Lasers et équipements associés aux lasers — Méthodes d'essai des
largeurs du faisceau, angles de divergence et facteurs de limite de
diffraction —
Partie 1: Faisceaux stigmatiques et astigmatiques simples
Reference number
©
ISO 2021
© ISO 2021
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CH-1214 Vernier, Geneva
Phone: +41 22 749 01 11
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Published in Switzerland
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Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Coordinate systems . 7
5 Test principles . 7
5.1 Applicability . 7
5.2 Beam widths and beam diameter . 7
5.3 Beam divergence angles . 8
5.4 Beam propagation ratios . 8
5.5 Combined measurement of beam waist locations, beam widths, beam divergence
angles and beam propagation ratios . 8
6 Measurement arrangement and test equipment . 8
6.1 General . 8
6.2 Preparation . 8
6.3 Control of environment . 9
6.4 Detector system . 9
6.5 Beam-forming optics and optical attenuators . 9
6.6 Focusing system .10
7 Beam widths and beam diameter measurement .10
7.1 Test procedure .10
7.2 Evaluation .10
8 Measurement of divergence angles .12
8.1 Test procedure .12
8.2 Evaluation .12
9 Combined determination of beam waist locations, beam widths, divergence angles
and beam propagation ratios .12
10 Test report .14
Bibliography .17
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.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
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. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso .org/
iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 172, Optics and photonics, Subcommittee
SC 9, Laser and electro-optical systems, in collaboration with the European Committee for Standardization
(CEN) Technical Committee CEN/TC 123, Lasers and photonics, in accordance with the Agreement on
technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 11146-1:2005), which has been technically
revised. The main changes compared to the previous edition are as follows:
— The terms and definitions were harmonized with the new edition of ISO 11145.
— The "principal axes" were defined more thoroughly and named as x' and y'. Quantities related to the
principal axes coordinate system refer to this definition and use x' and y' in their indices.
— The requirements for the integration range for the determination of the second order moments
have been relaxed.
A list of all parts in the ISO 11146 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
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Introduction
The propagation properties of every laser beam can be characterized within the method of second order
moments by ten independent parameters (see ISO/TR 11146-3). However, due to their higher symmetry
most laser beams of practical interest need fewer parameters for a complete description. Most lasers of
practical use emit beams which are stigmatic or simple astigmatic because of their resonator design.
This document describes the measurement methods for stigmatic and simple astigmatic beams while
ISO 11146-2 deals with the measurement procedures for general astigmatic beams. For beams of
unknown type the methods of ISO 11146-2 are applicable. Beam characterization based on the method
of second order moments as described in both parts is only valid within the paraxial approximation.
The theoretical description of beam characterization and propagation as well as the classification of
laser beams is given in ISO/TR 11146-3, which is a Technical Report and describes the procedures for
background subtraction and offset correction.
In this document, the second order moments of the power (energy) density distribution are used for the
determination of beam widths. However, there may be problems experienced in the direct measurement
of these quantities in the beams from some laser sources. In this case, other indirect methods of the
measurement of the second order moments may be used as long as comparable results are achievable.
In ISO/TR 11146-3, three alternative methods for beam width measurement and their correlation with
the method used in this document are described. These methods are:
— variable aperture method;
— moving knife-edge method;
— moving slit method.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 11146-1:2021(E)
Lasers and laser-related equipment — Test methods
for laser beam widths, divergence angles and beam
propagation ratios —
Part 1:
Stigmatic and simple astigmatic beams
1 Scope
This document specifies methods for measuring beam widths (diameter), divergence angles and beam
propagation ratios of laser beams. This document is only applicable for stigmatic and simple astigmatic
beams. If the type of the beam is unknown, and for general astigmatic beams, ISO 11146-2 is applicable.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements 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 11146-2, Lasers and laser-related equipment — Test methods for laser beam widths, divergence angles
and beam propagation ratios — Part 2: General astigmatic beams
ISO 13694, Optics and photonics — Lasers and laser-related equipment — Test methods for laser beam
power (energy) density distribution
EN 61040:1992, Power and energy measuring detectors, instruments and equipment for laser radiation
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 11145, ISO 13694, EN 61040
and the following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
NOTE The x-, y- and z-axes in these definitions refer to the laboratory system as described in Clause 4. Here
and throughout this document the term “power density distribution E(x,y,z)” refers to continuous wave sources.
It might be replaced by “energy density distribution, H(x,y,z)” in case of pulsed sources.
3.1
first order moments of a power density distribution
xy,
centroid coordinates of the power density distribution of a cross section of a beam given as
∞ ∞
Ex (),,yz xxy dd
∫ ∫
−∞−∞
xz()= (1)
∞ ∞
Ex (),,yz ddxy
∫ ∫
−∞−∞
and
∞ ∞
Ex (),,yz yx ddy
∫ ∫
−∞−∞
yz()= (2)
∞ ∞
Ex (),,yz ddxy
∫ ∫
−∞−∞
Note 1 to entry: The first order moments are used for the definition of beam centroid in ISO 11145.
Note 2 to entry: For practical application, the infinite integration limits are reduced in a specific manner
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 11146-1
Deuxième édition
2021-07
Lasers et équipements associés
aux lasers — Méthodes d'essai des
largeurs du faisceau, angles de
divergence et facteurs de limite de
diffraction —
Partie 1:
Faisceaux stigmatiques et
astigmatiques simples
Lasers and laser-related equipment — Test methods for laser beam
widths, divergence angles and beam propagation ratios —
Part 1: Stigmatic and simple astigmatic beams
Numéro de référence
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ISO 2021
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publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2021 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Systèmes de coordonnées . 7
5 Principes de l’essai . 7
5.1 Applicabilité . 7
5.2 Largeurs du faisceau et diamètre du faisceau . 7
5.3 Angles de divergence du faisceau . 8
5.4 Facteur de limite de diffraction . 8
5.5 Mesurage combiné des positions du col, des largeurs, des angles de divergence et
des facteurs de limite de diffraction . 8
6 Installation de mesure et équipement d'essai . 8
6.1 Généralités . 8
6.2 Préparation . 8
6.3 Contrôle de l'environnement . 9
6.4 Système de détection . 9
6.5 Optique de formation du faisceau et atténuateurs optiques .10
6.6 Système de focalisation .10
7 Mesurage des largeurs et du diamètre du faisceau .10
7.1 Procédure d'essai .10
7.2 Évaluation .10
8 Mesurage des angles de divergence du faisceau .12
8.1 Mode opératoire d’essai .12
8.2 Évaluation .12
9 Mesurage combiné des positions du col, des largeurs, des angles de divergence et
des facteurs de limite de diffraction .13
10 Rapport d'essai .15
Bibliographie .18
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de I'ISO). L'élaboration des Normes internationales
est en général confiée aux comités techniques de I'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 (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L'attention est attirée 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. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/ iso/ fr/ avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le Comité technique ISO/TC 172, Optique et photonique, sous-
comité SC 9, Systèmes électro-optiques, en collaboration avec le Comité Technique CEN/TC 123, Lasers
et photonique, du Comité Européen de Normalisation (CEN) conformément à l'Accord de coopération
technique entre l'ISO et le CEN (Accord de Vienne).
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 11146-1:2005), qui a fait l'objet
d'une révision technique.
Les principales modifications par rapport à l'édition précédente sont les suivantes:
— Les termes et les définitions ont été harmonisés avec la nouvelle édition de l'ISO 11145;
— Les «axes principaux» ont été définis plus en détail et nommés x’ et y’. Les grandeurs liées au
système de coordonées des axes principaux se réfèrent à cette définition et utilisent x’ et y’ dans
leurs indices;
— Les exigences relatives au domaine d’intégration pour la détermination des moments du second
ordre ont été assouplies.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 11146 est disponible sur le site Internet de l’ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/ members .html.
iv © ISO 2021 – Tous droits réservés
Introduction
Les propriétés de propagation de tout faisceau laser peuvent être caractérisées au moyen de méthodes
de moments de second ordre par 10 paramètres indépendants (voir l'ISO/TR 11146-3). Cependant, la
plupart des faisceaux laser d'intérêt pratique nécessitent moins de paramètres pour une description
complète, du fait de leur plus grande symétrie. La plupart des lasers d'utilisation pratique émettent des
faisceaux qui sont stigmatiques ou simple astigmatiques, par la conception de leur résonateur.
Le présent document décrit les méthodes de mesure pour les faisceaux stigmatiques ou simple
astigmatiques, tandis que l’ISO 11146-2 traite des procédures de mesure pour les faisceaux
astigmatiques généraux. Pour les faisceaux de types inconnus, les méthodes de l’ISO 11146-2 doivent
s'appliquer. La caractérisation basée sur la méthode des moments de second ordre telles que décrites
dans les deux parties n'est valide que pour une approximation paraxiale.
La description théorique de la caractérisation du faisceau, ainsi que la classification des faisceaux laser
sont données dans l'ISO/TR 11146-3, qui est un Rapport technique informatif, il décrit les procédures
pour la base de soustraction et la compensation de correction.
Dans le présent document, les moments de second ordre de la distribution de densité de puissance
(énergie) sont utilisés pour la détermination des largeurs de faisceau. Cependant il peut se présenter des
problèmes inhérents à la mesure directe de ces grandeurs dans les faisceaux issus de quelques sources
lasers. Dans ce cas, d'autres méthodes de mesure indirectes des moments de second ordre peuvent être
utilisées tant que des résultats comparables sont obtenus.
Dans l'ISO/TR 11146-3, trois méthodes alternatives, pour la mesure de la largeur de faisceau et leur
corrélation avec la méthode utilisée dans le présent document, sont décrites. Ces méthodes sont:
— méthode de l'ouverture variable;
— méthode de la lame mobile;
— méthode de la fente mobile.
NORME INTERNATIONALE ISO 11146-1:2021(F)
Lasers et équipements associés aux lasers — Méthodes
d'essai des largeurs du faisceau, angles de divergence et
facteurs de limite de diffraction —
Partie 1:
Faisceaux stigmatiques et astigmatiques simples
1 Domaine d'application
Le présent document spécifie les méthodes pour mesurer les largeurs (diamètres) du faisceau, les angles
de divergence et les facteurs de limite de diffraction. Le présent document s'applique uniquement aux
faisceaux stigmatiques et astigmatiques simples. Si le type de faisceau est inconnu et pour les faisceaux
astigmatiques généraux, l'ISO 11146-2 s'applique.
2 Références normatives
Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des
exigences 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 11146-2, Lasers et équipements associés aux lasers — Méthodes d’essai des largeurs du faisceau, angles
de divergence et facteurs de limite de diffraction — Partie 2: Faisceaux astigmatiques généraux
ISO 13694, Optique et photonique — Lasers et équipements associés aux lasers — Méthodes d’essai de
distribution de la densité de puissance (d’énergie) du faisceau laser
EN 61040:1992, Détecteurs, instruments et matériels de mesurage de puissance et d’énergie des
rayonnements laser
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 11145, l'ISO 13694,
l'EN 61040, ainsi que les suivants s'appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https://
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.