ГОСТ Р ИСО 13695-2010: Оптика и фотоника. Лазеры и лазерные установки (системы). Методы измерений спектральных характеристик лазеров

Терминология ГОСТ Р ИСО 13695-2010: Оптика и фотоника. Лазеры и лазерные установки (системы). Методы измерений спектральных характеристик лазеров оригинал документа:

3.19 дисперсия Аллана для непрерывного лазерного излучения , : Дисперсия двух выборочных значений флуктуаций частоты при времени усреднения t, описанная формулой

где  - усреднение по бесконечной выборке данных;

 - k-тое измеренное значение  в данной выборке;

 - результат измеренных значений y(t) в пределах временного интервала τ.

Примечания

1 При измерениях частоты парциальную девиацию у(t) описывает выражение:

y(t) = [v(t) - v₀]/v₀,

где v(t) - мгновенная частота;

v₀ - номинальная частота.

Интервалы измерений должны быть одной (единой) длительности τ, причем недопустимо «мертвое время» между следующими друг за другом временными интервалами. В интервале τ < 100 с должно быть получено не менее 100 отсчетов. Для бóльших интервалов число отсчетов может быть сокращено, но обязательно указано в протоколе измерений.

2 Значение может быть определено в результате гетеродинных измерений с интегрированием разности частот Δv в интервале τ и последующим нормированием к частоте v₀.

3 Поскольку y = Δv/v = -Δλ/λ,  является в то же время оценкой (мерой) стабильности частоты и длины волны.

4 Более детально эти вопросы рассмотрены в [1].

Определения термина из разных документов: дисперсия Аллана для непрерывного лазерного излучения

3.1 длина волны в вакууме, l₀: Длина бесконечной плоской электромагнитной волны, распространяющейся в вакууме.

Примечание - Соотношение частоты f и длины волны l₀ в вакууме описывается формулой l₀ = c/f, где с = 299792458 м/с.

Определения термина из разных документов: длина волны в вакууме,

3.2 длина волны в воздухе, l_air: Длина волны излучения, распространяющегося в воздухе, связана с длиной волны l₀ в вакууме соотношением

l_air = l₀/n_air,

где n_air - показатель преломления воздуха (см. 6.4).

Примечание - На показатель преломления атмосферного воздуха n_air по трассе распространения излучения влияют влажность, давление, температура. Поэтому следует пользоваться либо значением l₀, либо значением длины волны в стандартном воздухе (см. 6.4).

Определения термина из разных документов: длина волны в воздухе,

3.3 длина волны в сухом воздухе при стандартных (нормальных) условиях, l _std: Длина волны излучения, распространяющегося в сухом воздухе (0 % влажности) при стандартных (нормальных) условиях, связана с длиной волны l₀ в вакууме соотношением

l_std = l₀/n_std,

где n_std - показатель преломления воздуха при стандартных (нормальных) условиях (см. 6.4).

Примечание - Применительно к данному стандарту понятие воздуха при стандартных (нормальных) условиях приведено в 6.4. В литературе описаны различные варианты стандартных условий. Поэтому в протоколе измерений следует отметить параметры воздуха и условия, при которых выполнялись измерения.

Определения термина из разных документов: длина волны в сухом воздухе при стандартных (нормальных) условиях, l

3.5 длина волны максимума спектрального распределения мощности (энергии) излучения, l_p: Длина волны лазерного излучения (максимальная, пиковая), при которой кривая спектрального распределения достигает максимума (см. рисунок 1).

l - длина волны

Рисунок 1 - Спектральные характеристики лазеров - иллюстрация определяемых параметров

Определения термина из разных документов: длина волны максимума спектрального распределения мощности (энергии) излучения,

3.18 зависимость длины волны от тока возбуждения генерации лазерного излучения , δλ_c: Смещение (сдвиг) длины волны при изменении тока I возбуждения генерации лазерного излучения:

Определения термина из разных документов: зависимость длины волны от тока возбуждения генерации лазерного излучения

3.15 коэффициент подавления побочной моды , SMS: Коэффициент, отражающий соотношение относительных значений мощности излучения для наиболее интенсивной моды I_p при длине волны λ_p и второй наиболее интенсивной побочной моды при длине волны λ_s:

 (см. рисунок 2).

Примечание - На практике эквивалентным считают соответствующее отношение пиковых значений спектрального распределения для наиболее интенсивной моды при длине волны λ_p и второй наиболее интенсивной побочной моды при длине волны λ_s:

.

λ - длина волны

Рисунок 2 - Коэффициент подавления побочной моды

Определения термина из разных документов: коэффициент подавления побочной моды

3.13 межмодовый интервал , F_msp(S_msp): Интервал между соседними продольными модами, выраженный в единицах частоты F_msp или длины волны S_msp излучения (см. рисунок 1).

Определения термина из разных документов: межмодовый интервал

3.20 передаточная функция измерительной аппаратуры , R(λ, λ₀): Отклик в виде выходного сигнала измерительной аппаратуры, настроенной на длину волны λ, на входное воздействие монохроматического излучения с длиной волны λ₀.

Примечание - Обычно в пределах рабочего спектрального диапазона измерительной аппаратуры R(λ, λ₀) практически не зависит от λ₀, и второй аргумент в этой функции может быть опущен. Для правильно настроенной измерительной аппаратуры момент первого порядка функции R(λ, λ₀) определяют как

и он должен быть равен длине волны входного излучения, т.е. λ_g = λ₀.

Определения термина из разных документов: передаточная функция измерительной аппаратуры

3.4 спектральное распределение мощности (энергии) излучения, Р_l(l) [Q_l(l)]: Отношение мощности излучения dP(l) (или энергии излучения dQ(l) в случае импульсного лазера), содержащейся в распространяющемся лазерном пучке в интервале длин волн dl, к этому интервалу:

Примечание - Мощность (энергия) излучения в лазерном пучке, ограниченном длинами волн от l_low до l_high, описана интегралом:

Определения термина из разных документов: спектральное распределение мощности (энергии) излучения,

3.6 среднее взвешенное значение длины волны (момент первого порядка), l_g: Длина волны излучения, отображающая центр тяжести спектрального распределения мощности (энергии), описывается выражением

где S(l) - спектральное распределение мощности Р_l(l) для непрерывного излучения или спектральное распределение энергии Q_l(l) для импульсного излучения (см. рисунок 1).

Примечание - При выборе пределов интегрирования l_min и l_max следует руководствоваться рекомендациями 6.2.2.

Определения термина из разных документов: среднее взвешенное значение длины волны (момент первого порядка),

3.9 среднее квадратическое значение спектральной (-го) полосы (интервала) излучения (момент второго порядка), Dl : Момент второго порядка спектрального распределения мощности (энергии) излучения описывает выражение

где S(l) - спектральное распределение мощности Р_l(l) для непрерывного излучения или спектральное распределение энергии Q_l(l) для импульсного излучения (см. рисунок 1).

Примечание - При выборе пределов интегрирования l_min и l_max следует руководствоваться рекомендациями 6.2.2.

Определения термина из разных документов: среднее квадратическое значение спектральной (-го) полосы (интервала) излучения (момент второго порядка), Dl

3.10 среднее квадратическое значение спектральной (-го) полосы (интервала), Dl_rms: Среднее квадратическое значение Dl_rms определяют по формуле

где λ_i - длина волны i-й спектральной линии или i-й моды излучения;

I_i - относительное значение мощности излучения в i-й спектральной линии или в i-й моде излучения;

 - центрированная длина волны;

i_min, i_max - предельные (граничные) спектральные линии или моды излучения ниже и выше λ_p (см. рисунок 1).

Примечания

1 Обычно пределы суммы выбирают таким образом, чтобы относительные значения мощности в спектральных линиях или модах излучения вне этих пределов не превышали 1 % относительного значения мощности при длине волны λ_p.

2 Это ограничение, в частности, полезно в случае многомодового лазера.

Определения термина из разных документов: среднее квадратическое значение спектральной (-го) полосы (интервала),

3.8 средняя длина волны, l _av: Отношение скорости света с к средней частоте f_av оптического излучения

λ_av = с/f_av.

Примечание - Средняя частота f_av оптического излучения может быть измерена непосредственно (например, гетеродинным методом, см. 6.6.5).

Определения термина из разных документов: средняя длина волны, l

3.17 температурная зависимость длины волны , δλ_T: Смещение (сдвиг) длины волны при изменении температуры Т лазера:

Определения термина из разных документов: температурная зависимость длины волны

3.7 центрированная длина волны, : Среднее взвешенное длин волн спектральных линий или мод излучения

где l_i - длина волны i-й спектральной линии или i-й моды излучения;

I_i - относительное значение мощности излучения в i-й спектральной линии или в i-й моде излучения;

i_min, i_max - предельные (граничные) спектральные линии или моды излучения ниже и выше l_p.

Примечания

1 Обычно пределы суммы выбирают таким образом, чтобы относительные значения мощности в спектральных линиях или модах излучения вне этих пределов не превышали 1 % относительного значения мощности при длине волны l_p.

2 Это ограничение, в частности, полезно в случае многомодового лазера.

Определения термина из разных документов: центрированная длина волны

3.16 частота следования импульсов , f_p: Количество импульсов излучения в секунду в режиме генерации их регулярной последовательности.

Определения термина из разных документов: частота следования импульсов

3.14 число продольных мод , N_m: Число продольных мод в пределах выделенной ширины полосы (обычно в пределах среднего квадратического значения спектральной (-го) полосы (интервала) Δλ_rms).

Определения термина из разных документов: число продольных мод

3.12 ширина спектральной линии (на уровне половины максимальной интенсивности) , Δλ_L: Максимальный интервал между длинами волн в пределах δλ, при которых ординаты огибающей спектральной линии в спектральном распределении мощности (энергии) излучения равны половине ее пикового значения.

Примечание - Ширина спектральной линии аналогична ширине спектральной полосы (3.11), но ее определяют для одной (продольной) моды или для характерного спектрального признака в пределах интервала δλ.

Определения термина из разных документов: ширина спектральной линии (на уровне половины максимальной интенсивности)

3.11 ширина спектральной полосы (на уровне половины максимальной интенсивности) , Δλ_H: Максимальный интервал между длинами волн, при которых ординаты кривой спектрального распределения мощности (энергии) излучения равны половине ее пикового значения (см. рисунок 1).

Примечание - Заимствовано из ИСО 11145.

Определения термина из разных документов: ширина спектральной полосы (на уровне половины максимальной интенсивности)

3.21 эффективная спектральная полоса длин волн , Δλ_ims(λ₀): Момент второго порядка функции R(λ, λ₀):

Примечание - Если, как обычно, предположить, что R(λ, λ₀) и, следовательно, Δλ_ims(λ₀) практически не зависят от длины волны λ₀ входного излучения, то эффективная спектральная полоса описана символом Δλ_ims без аргумента λ₀.

Определения термина из разных документов: эффективная спектральная полоса длин волн