0.1 mW～200 W激光功率计规范

JJG249—202310.1mW~200W激光功率计检定规程1范围本规程适用于0.1mW~200W功率范围且0.3μm~11μm波长范围内激光功率执行。2引用文件本规程引用下列文件:JJG2078激光功率计量器具检定系统表GB/T11153—2012激光小功率计性能检测方法凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规程;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规程。3概述激光功率计是用于测量激光辐射功率量值的仪器。激光功率计通常由激光功率探测器和显示仪表组成。其工作原理是激光辐射功率被激光功率探测器探测后,直接或间接转变为电信号,在显示仪表中经信号处理,显示为被测激光功率量值,单位为W。激光功率计按测量原理可分为光电型和热电型,按几何构造可分为平面型和空腔型,按光谱响应特性可分为光谱响应选择型和光谱响应平坦型,按是否具有自校准功能还可分为相对型和绝对型。4计量性能要求4.1接收面响应不均匀性:≤5%。4.2非线性:不超过±5%。4.3示值相对误差:不超过±10%。5通用技术要求5.1标志被检仪器应具有标牌,标明仪器的名称、型号、制造厂商及出厂编号。5.2技术资料及附件应提供必要的技术资料、附件、配件。5.3外观应无影响工作性能的电气、光学及机械故障或损伤;各开关和按键应标志清晰、接触良好、工作正常;屏幕应显示清晰。JJG249—202326.1.2.2激光器(选配输出功率稳定或监测系统)6.1.2.2激光器(选配输出功率稳定或监测系统)功率范围:0.1mW~200W;使用时若可能产生危险辐射,需有明确的防护要求或安全说明。6计量器具控制计量器具控制包括首次检定、后续检定和使用中检查。6.1检定条件6.1.1环境条件环境温度:23℃±5℃,检定期间内温度变化不超过±2℃;相对湿度:≤80%;其他要求:检定区域内应无影响测量结果的空气波动、电磁干扰和背景辐射干扰。6.1.2计量标准器和主要设备6.1.2.1标准激光功率计按JJG2078中2.4和2.5的规定,标准激光功率计应满足以下要求:功率范围:0.1mW~200W;波长范围:0.3μm~11μm(或特定波长);Urel≤1.6%(k=2),量程区间:(0.1W,200W]。相对扩展不确定度:Urel≤1.2%Urel≤1.6%(k=2),量程区间:(0.1W,200W]。波长:0.3μm~11μm波长范围内的特定波长,波长变化不超过±2nm;输出功率不稳定度或功率监测比不稳定度(0.5h):不超过±0.5%。6.1.2.3激光衰减器波长范围:0.3μm~11μm(或特定波长)。注:使用激光衰减器时应注意其使用波长,入射功率不应超过其损伤阈值,保证激光衰减器与探测器及激光器出射窗口间无引起辐射危害的反射,无影响衰减量的干涉;当激光器、输出功率稳定或检测系统具有功率调节功能时,激光衰减器为非必备项。6.2检定项目与检定方法6.2.1检定项目检定项目见表1。表1检定项目一览表检定项目首次检定后续检定使用中检查外观与功能检查+++接收面响应不均匀性+--非线性+--示值相对误差+++注:“+”表示须检项目,“-”表示可不检项目。JJG249—202336.2.2检定方法6.2.2.1外观与功能检查按5.1~5.4规定的内容,采用目视观察与手动试验相结合的方法检查。6.2.2.2接收面响应不均匀性检定a.检定装置框图接收面响应不均匀性检定装置框图见图1。图1接收面响应不均匀性检定装置框图b.检定方法按图1所示的框图连接并调整检定装置。调整激光器或激光衰减器,使激光功率处于检定量程内任一挡位的30%~80%之间,调整激光束垂直入射到被检激光功率计接收面。按GB/T11153—2012中5.3.2的规定,检定用激光束直径应为被检激光功率计接收面直径或对角线的1/20~1/5,检定区域直径应不小于被检激光功率计接收面直径或对角线的1/3。分别沿水平和垂直方向等间距移动被检激光功率计,记录每一位置的被检激光功率计示值,示值应扣除零点。各方向最少取3个等间隔测量点,且测量点数应为奇数。接收面响应不均匀性检定参考测量点位置示意图如图2所示,其中实心点为参考的测量点位置,虚线点为可增加的测量点位置。图2接收面响应不均匀性检定参考测量点位置示意图当激光器输出功率稳定度达不到6.1.2.2的要求且无激光功率稳定系统时,应使用激光器输出功率监测系统进行检定,相应的检定方法见附录D。c.数据处理按公式(1)计算被检激光功率计的接收面响应不均匀性:(1)ΔU=(1)式中:Pmax—被检激光功率计测量各检定位置的功率最大值;Pmin—被检激光功率计测量各检定位置的功率最小值;—P—被检激光功率计测量各检定位置的功率平均值。JJG249—202346.2.2.3示值相对误差检定a.检定装置框图示值相对误差检定装置框图见图3。图3示值相对误差检定装置框图b.检定方法按图3所示的框图连接并调整检定装置。调整激光器或激光衰减器使激光功率处于检定功率范围内,检定量程内每10倍挡位至少检定一个功率点。调整激光束分别垂直入射到标准激光功率计和被检激光功率计接收面中心,且检定用激光束直径均小于标准激光功率计和被检激光功率计的接收面直径。必要时设置光阑,以确保通过光阑的激光功率均能被标准激光功率计和被检激光功率计全部接收。采用被检激光功率计→标准激光功率计→标准激光功率计→被检激光功率计的顺序交替测量同一激光束,被检激光功率计和标准激光功率计分别至少测量3次,记录激光功率标准值和被检激光功率计示值,功率示值应扣除零点。c.数据处理按公式(2)计算被检激光功率计的示值相对误差:Δ=(2)式中:Pdut,i—被检激光功率计第i次测量功率示值;Ps,i—标准激光功率计第i次测量功率标准值;n—测量次数,n≥3。按公式(3)计算被检激光功率计的修正因子:C=,ii(3)6.2.2.4非线性检定a.检定方法按6.2.2.3的检定装置框图和检定方法,按公式(3)计算被检激光功率计在检定量程内每10倍挡位的修正因子,各修正因子的最大值和最小值分别记为Cmax和Cmin。b.数据处理按公式(4)计算被检激光功率计在检定量程内非线性的绝对值:ΔN=(4)JJG249—20235式中:Cmax—被检激光功率计检定量程内各挡位修正因子的最大值;Cmin—被检激光功率计检定量程内各挡位修正因子的最小值;—C—被检激光功率计检定量程内各挡位修正因子的平均值。6.3检定结果的处理经检定合格的激光功率计出具检定证书;检定不合格的激光功率计出具检定结果通知书,并注明不合格项目。6.4检定周期激光功率计检定周期一般不超过1年。JJG249—20236附录A检定记录格式原始记录编号:证书编号:一、被检仪器信息第页/共页送检单位名称送检单位地址联系人电话仪器名称制造厂商仪器型号出厂编号二、检定所用计量标准装置名称测量范围不确定度证书编号有效期至三、检定环境及地点温度℃地点相对湿度%其他四、检定项目及检定结果1.外观与功能检查记录检查内容有无备注标志技术资料及附件外观安全防护说明2.接收面响应不均匀性检定记录激光束直径:mm测量点间隔:mm位置左中右上——中下——最大值:最小值:平均值:接收面响应不均匀性:%JJG249—20237第页/共页3.示值相对误差检定记录波长:nm量程:W测量次数标准功率值被检功率值示值相对误差修正因子123平均值测量不确定度波长:nm量程:W测量次数标准功率值被检功率值示值相对误差修正因子123平均值测量不确定度4.非线性检定记录检定量程挡位修正因子修正因子最大值:修正因子最小值:修正因子平均:非线性:检定员:核验员:检定日期:年月日JJG249—20238附录B检定证书/检定结果通知书内页格式B.1检定证书内页格式第页/共页检定证书编号:1.检定所用计量标准装置名称测量范围不确定度证书编号有效期至2.检定环境及地点温度℃地点相对湿度%其他3.检定项目及检定结果检定波长:nm量程:W检定项目检定结果外观与功能检查接收面响应不均匀性非线性示值相对误差测量不确定度检定结论:检定员:核验员:检定日期:年月日JJG249—20239B.2检定结果通知书内页格式第页/共页检定结果通知书编号:1.检定所用计量标准装置名称测量范围不确定度证书编号有效期至2.检定环境及地点温度℃地点相对湿度%其他3.检定项目及检定结果检定波长:nm量程:W检定项目检定结果检定结论外观与功能检查接收面响应不均匀性非线性示值相对误差测量不确定度检定不合格项:不合格项说明:检定员:核验员:检定日期:年月日JJG249—202310附录C激光功率计示值相对误差和修正因子检定不确定度评定示例C.1测量模型激光功率计示值相对误差检定的测量模型为公式(C.1):Δ=Pdut-PsPs(C.1)激光功率计修正因子检定的测量模型为公式(C.2):C=式中:Pdut—被检激光功率计的测量示值;Ps—激光功率标准值。PsPdut(C.2)C.2不确定度来源激光功率计示值相对误差和修正因子检定的不确定度主要来自7个方面:标准激光功率计的不确定度、被检激光功率计的重复性、被检激光功率计的接收面响应不均匀性、被检激光功率计的非线性、激光器输出功率稳定度、背景辐射噪声、环境温度湿度等。其中,标准激光功率计的不确定度是输入量Ps的影响量,由上级标准对其检定的结果给出;被检激光功率计的重复性、接收面响应不均匀性和非线性为输入量Pdut的影响量,引入的不确定度由被检仪器自身的计量性能决定;激光器输出功率稳定度、背景辐射噪声和环境温度湿度影响输入量Ps或Pdut,产生检定激光功率计示值相对误差和修正因子的不确定度。以上各不确定度分量互不相关,相对合成标准不确定度表示为公式(C.3):uc,rel=(c1·us)2+(c2·ur)2+(c2·uu)2+(c2·un)2+(c3·ul)2+(c3·ub)2+(c3·uh)2(C.3)式中:us—标准激光功率计的相对标准不确定度;ur—被检激光功率计测量重复性引入的相对不确定度分量;uu—被检激光功率计接收面响应不均匀性引入的相对不确定度分量;un—被检激光功率计非线性引入的相对不确定度分量;ul—激光器输出功率稳定性引入的相对不确定度分量;ub—背景杂散辐射引入的相对不确定度分量;uh—环境温度湿度引入的相对不确定度分量;c1—功率标准值对相对合成标准不确定度影响的灵敏系数;c2—功率被检示值对相对合成标准不确定度影响的灵敏系数;c3—检定光源和环境条件对相对合成标准不确定度影响的灵敏系数。根据公式(C.1)和公式(C.2)可知,灵敏系数c1、c2和c3均为1。因此,相对JJG249—202311合成标准不确定度表示为公式(C.4):uc,rel=u+u+u+u+u+u+u(C.4)相对合成扩展不确定度表示为公式(C.5):Uc,rel=k·uc,rel(k=2)(C.5)C.3不确定度评定示例C.3.1标准激光功率计的相对标准不确定度根据计量标准的检定证书,本次检定采用的标准激光功率计的相对扩展不确定度Urel=1.2%(k=2)。因此,标准激光功率计的相对标准不确定度为us==0.60%。采用B类评定方法。C.3.2被检激光功率计测量重复性引起的相对不确定度分量采用被检定激光功率计对激光辐射源连续测量6次,测量结果见表C.1。表C.1被检定激光功率计重复性测量结果测量次数123456测量结果/mW9.989.989.989.989.989.97根据6次测量结果,相对实验标准差为0.04%。以3次测量的平均值作为检定结4数据舍入修约,被检激光功率计测量重复性引入的相对不确定度分量为ur= ≈0.03%。采用A类评定方法。3C.3.3被检激光功率计接收面响应不均匀性引入的相对不确定度分量沿水平和垂直方向等间距移动二维位移台,记录每一位置的被检激光功率计测量示值,见表C.2。表C.2被检定激光功率计接收面响应不均匀性测量结果单位:mW位置左中右上—9.94—中9.949.979.94下—9.95—接收面响应不均匀性为0.31%,误差区间半宽度a=≈0.16%。不均匀性误差服从均匀分布,k取3,则被检激光功率计接收面响应不均匀性引入的相对不确定度分量uu=≈0.09%。采用B类评定方法。C.3.4被检激光功率计非线性引入的相对不确定度分量利用标准激光功率计在功率10mW、100mW下检定被检功率计,修正因子分别为C10=1.017,C100=1.018。根据公式(4),被检激光功率计的非线性为0.10%。误差区间半宽度a==0.05%。非线性误差服从均匀分布,k取3。被检激光功JJG249—202312率计非线性引入的相对不确定度分量un=≈0.03%。采用B类评定方法。C.3.5激光器输出功率稳定性引入的相对不确定度分量激光功率计检定装置利用激光功稳仪稳定激光功率,激光功稳仪将激光功率稳定在0.1%以内。按照均匀分布,k取3。激光器输出功率稳定性引入的相对不确定度分量ul≈0.06%。采用B类评定方法。C.3.6背景杂散辐射引入的相对不确定度分量实验室背景杂散辐射功率约10μW,测量10mW的激光时,对激光功率测量的影0.1%响幅度为0.1%。按照均匀分布,k取3。背景杂散辐射引入的相对不确定度分量ub=0.1% ≈0.06%。采用B类评定方法。3C.3.7环境条件影响的相对不确定度分量实验室为恒温恒湿环境,检定期间温度控制在±0.2℃之内,相对湿度在±2%以内。对激光功率测量的影响幅度为0.1%。按照反正弦分布,k取2。环境条件影响的相对不确定度分量uh≈0.07%。采用B类评定方法。C.3.8不确定度合成根据以上列出的7个不确定度主要来源,相对不确定度分量汇总如表C.3所示。表C.3相对不确定度分量汇总表不确定度来源不确定度分量不确定度上级标准us0.60%测量重复性ur0.03%面响应不均匀性uu0.09%非线性un0.03%光源稳定性ul0.06%背景杂散辐射ub0.06%环境条件uh0.07%合成标准不确定度uc0.62%根据公式(C.3)可得,相对合成标准不确定度:uc,rel=0.62%≈0.7%则相对合成扩展不确定度:Uc,rel=k·uc,rel=1.4%(k=2)JJG249—202313附录D使用激光器输出功率监测系统检定的说明当激光器输出功率稳定度达不到6.1.2.2的要求且无激光功率稳定系统时,应使用激光器输出功率监测系统进行检定。使用激光器输出功率监测系统时,功率监测比不稳定度应达到6.1.2.2的要求,相应的检定装置框图、检定方法和数据处理说明如下。D.1接收面响应不均匀性检定D.1.1检定装置框图使用激光器输出功率监测系统的接收面响应不均匀性检定装置框图见图D.1。图D.1使用激光器输出功率监测系统的接收面响应不均匀性检定装置框图D.1.2检定方法按图D.1所示的框图连接并调整检定装置,调整激光分束器使分束激光垂直入射到监测激光功率计接收面中心,调整激光束垂直入射到被检激光功率计接收面中心。被检激光功率计和监测激光功率计应具有相同或相近的响应速度。调整激光器或激光衰减器使入射到被检激光功率计的功率处于检定量程内任一挡位的30%~80%,检定用激光束直径应为被检激光功率计接收面直径或对角线的1/20~1/5,检定区域直径应不小于被检激光功率计接收面直径或对角线的1/3。分别沿水平和垂直方向等间距移动被检激光功率计,保持监测激光功率计位置不变。同时读取并记录每一位置的被检激光功率计示值和激光功率监测值,激光功率计示值应扣除零点。各方向最少取3个等间隔测量点,且测量点数应为奇数。D.1.3数据处理按公式(D.1)计算激光功率监测比:R=(D.1)式中:P—被检激光功率计测量示值;V—激光功率监测值。按公式(D.2)计算被检激光功率计的接收面响应不均匀性:ΔU=(D.2)JJG249—202314式中:Rmax—被检激光功率计在各检定位置监测比的最大值;Rmin—被检激光功率计在各检定位置监测比的最小值;—R—被检激光功率计在各检定位置监测比的平均值。D.2示值相对误差检定D.2.1检定装置框图使用激光器输出功率监测系统的示值相对误差检定装置框