ГОСТ Р 59741-2021 (ИСО 11554:2017). Национальный стандарт Российской Федерации. Оптика и фотоника. Лазеры и лазерное оборудование. Методы определения мощности, энергии и временных характеристик лазерного излучения

8 Обработка результатов

8.1 Основные формулы

Стандартное отклонение s по совокупности n-го числа отсчетов m_i вычисляют по формуле

ГОСТ Р 59741-2021 (ИСО 11554:2017). Национальный стандарт Российской Федерации. Оптика и фотоника. Лазеры и лазерное оборудование. Методы определения мощности, энергии и временных характеристик лазерного излучения (3)

где среднее значение вычисляют по формуле

Стандартное отклонение от среднего значения вычисляют по формуле

Расширенную относительную неопределенность измерения среднего значения вычисляют по стандартному отклонению среднего значения и расширенной относительной неопределенности калибровочного коэффициента U_отн(K).

Расширенную относительную неопределенность измерения среднего значения вычисляют по формуле

(6)

где

где U_отн(K_i) - расширенные относительные неопределенности калибровочных коэффициентов для различных компонентов измерительной системы, например детектора, ослабителя (светоделителя) излучения, электронного измерительного оборудования.

Расширенные относительные неопределенности U_отн измерений средних значений определены при доверительной вероятности 95% (коэффициент охвата k = 2).

Примечание - Более подробная информация о доверительной вероятности 95% приведена в ГОСТ Р 50779.22.

8.2 Определение мощности непрерывного лазерного излучения

Мощность непрерывного лазерного излучения P определяют путем усреднения результатов по меньшей мере 10 отсчетов, полученных в соответствии с 7.2, с целью оценки изменчивости измерения.

Расширенную относительную неопределенность измерений мощности непрерывного лазерного излучения с учетом стандартного отклонения от среднего значения и расширенной относительной неопределенности калибровочных коэффициентов U_отн(K) вычисляют по формуле

8.3 Определение стабильности мощности непрерывного лазерного излучения

Среднее значение мощности непрерывного лазерного излучения и соответствующее стандартное отклонение s для соответствующих временных областей стабильности (кратковременной, средней кратковременной, средней долговременной, долговременной) определяют по 7.3.

Стабильность мощности влияет на относительную флуктуацию мощности непрерывного лазерного излучения для соответствующего периода выборки, которую вычисляют по формуле

(9)

Для определения RIN R(f) в электрической области мощность шума в единичной полосе частот P_э(f), измеренную анализатором спектра, вычисляют с помощью зависящей от частоты калибровочной функции детектора K(f) и делят ее на мощность непрерывного лазерного излучения P. С учетом потерь в измерительной системе вычисляют RIN по формуле

(10)

где P_э(f) - мощность шума в единичной полосе частот (после вычитания теплового фона), Вт.

8.4 Определение энергии импульсного лазерного излучения

Среднее значение энергии импульсного лазерного излучения вычисляют как усредненное значение совокупности 10 отсчетов, полученных в соответствии с 7.4.

Расширенную относительную неопределенность измерения среднего значения энергии импульсного лазерного излучения вычисляют с учетом стандартного отклонения и расширенной относительной неопределенности калибровочных коэффициентов U_отн(K) по формуле

8.5 Определение стабильности энергии импульсного лазерного излучения

Среднее значение энергии импульсного лазерного излучения стандартное отклонение s вычисляют по совокупности отсчетов Q_i в соответствии с 7.5.

Стабильность энергии импульсного лазерного излучения влияет на ее относительную флуктуацию , которую вычисляют по формуле

(12)

8.6 Определение формы, длительности, времени нарастания, времени спада и пиковой мощности импульса

Вычислив зависимость мощности импульсного лазерного излучения P от периода измерения t (форма импульса лазерного излучения) можно определить следующие параметры (см. рисунок 5):

- длительность импульса , представляющую собой максимальный временной интервал между двумя моментами времени, в которых мощность достигает половины пиковой мощности P_пик/2;

- десятипроцентную длительность импульса , представляющую собой максимальный временной интервал между двумя точками по оси абсцисс (см. рисунок 5), в которых мощность достигает 1/10 пиковой мощности 0,1P_пик.

Рисунок 5 - Пример изменения мощности лазерного излучения

в зависимости от периода измерения

Если импульс лазерного излучения состоит из мощного импульса малой длительности в начале и маломощного импульса большой длительности во второй части лазерного импульса (см. рисунок 6) например, для TEA-лазера), то следует определить обе длительности импульса и ;

- время нарастания импульса лазерного излучения , представляющее собой временной интервал между двумя моментами времени, в которых мощность лазера достигает 10% (0,1P_пик) и 90% (0,9P_пик) пиковой мощности (см. рисунок 7);

- время спада импульса лазерного излучения , представляющее собой временной интервал между двумя моментами времени, в которых мощность лазера падает с 90% (0,9P_пик) до 10% (0,1P_пик) пиковой мощности.

Рисунок 6 - Пример изменения мощности лазерного излучения

TEA-лазера в зависимости от периода измерения

Рисунок 7 - Пример изменения времени нарастания импульса

лазерного излучения при проведении измерений

Следует учитывать, что для импульсов с более чем одной точкой 90% или более чем одной точкой 10% время нарастания, время спада или длительность импульса лазерного излучения не могут быть определены однозначно. В этом случае следует задать временную форму импульса;

- форму импульса, т.е. зависимость мощности лазерного излучения от периода измерения P(t), отображаемую электрическим выходным сигналом детектора S(t). При измерениях энергии импульсного лазерного излучения Q с применением измерителя энергии (см. 7.6) и при одновременных измерениях формы импульса с применением некалиброванного детектора форму импульса вычисляют по формуле

где пределы интегрирования t₁ и t₂ определяют как t₁, t₂ = t, где S(t) <= 0,1S_max в соответствии с рисунком 5; энергию импульсного лазерного излучения Q измеряют и вычисляют по 7.4 и 8.4 соответственно;

- пиковую мощность импульсного лазерного излучения P_пик вычисляют по формуле

где S_max - пиковое значение электрического выходного сигнала детектора S(t).

Примечание - Если измерение энергии импульсного лазерного излучения не требуется (т.е. детектор, применяемый для определения формы импульса, калиброван в единицах абсолютных значений мощности лазерного излучения), то значения P(t) и S_пик могут быть вычислены непосредственно по значению S(t).

Средние значения , , , и P_пик, а также соответствующие расширенные относительные неопределенности , , , и вычисляют, используя соответствующие стандартные отклонения от средних значений, а также расширенные относительные неопределенности соответствующих калибровочных коэффициентов U_отн(K) согласно 8.1.

8.7 Определение стабильности длительности импульса лазерного излучения

Для определения стабильности длительности импульса вычисляют значение относительной флуктуации длительности импульса (или ) с использованием среднего значения (или ) и стандартного отклонения s_и (или s₁₀) по 100 отсчетам в соответствии с 7.7 по формуле

или (15)

8.8 Определение частоты следования импульсов лазерного излучения

Для определения частоты следования импульсов используют результаты измерений, выполненных в соответствии с 7.8.

Вычисляют расширенную относительную неопределенность измерений , выполненных при определении стандартного отклонения и расширенной относительной неопределенности калибровочного коэффициента временного интервала U_отн(K_T) или счетчика частоты импульсов, по формуле

8.9 Определение относительного уровня шума лазерного излучения

Вычисляют RIN, используя в качестве средних значений результаты измерений, проведенных в соответствии с 7.9, с учетом параметров усиления системы измерения.

8.10 Определение частоты среза слабого сигнала лазерного излучения

Частоту среза слабого сигнала вычисляют как среднее значение результатов измерений, выполненных в соответствии с 7.10.