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ISO 11146-1:2021 レーザーおよびレーザー関連機器—レーザービーム幅、発散角、およびビーム伝搬比のテスト方法—パート1：非点収差および単純非点収差ビーム | ページ 6

※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。

3 用語と定義

この文書の目的のために、ISO 11145, ISO 13694, EN 61040 および以下に記載されている用語と定義が適用されます。

ISO と IEC は、次のアドレスで標準化に使用する用語データベースを維持しています。

注記これらの定義の x, y, および z 軸は、箇条 4 に記載されている実験室システムを指します。ここおよびこの文書全体を通して、「電力密度分布E ( x , y , z )」という用語は、連続波源を指します。 .パルス光源の場合は、「エネルギー密度分布H ( x , y , z )」に置き換えられる場合があります。

3.1

パワー密度分布の一次モーメント

として与えられるビームの断面のパワー密度分布の重心座標

(1)

他の

(2)

注記 1:一次モーメントは、ISO 11145 のビーム重心の定義に使用されます。

注記2実際の適用では，箇条7に示すように，無限積分限界は特定の方法で減らされる。ここでの積分領域の限界は，ISO 11145で与えられる積分領域とは異なる。

3.2

パワー密度分布の二次モーメント

次のように与えられる、パワー密度分布に対する正規化された加重積分:

(3)

他の

(4)

他の

(5)

注記 1実際の適用では、無限積分限界は、箇条 7 に示す特定の方法で減らされます。

注記 2:は記号表記であり、真の二乗ではありません。この量は、正、負、またはゼロの値を取ることができます。

注記 3角括弧は、ISO 11146-2 および ISO/TR 11146-3 で使用されている演算子表記法です。

3.3

主軸

x'、y'

<パワー密度分布> ビームの断面におけるパワー密度分布の 2 次モーメントに基づく最大ビーム範囲と最小ビーム範囲の軸

図 1 —実験室と主軸の座標系によるビーム プロファイル

注記 1最大範囲と最小範囲の軸は常に互いに垂直である。

注記2特に明記しない限り、この文書ではx'は実験室座標系のx軸により近い主軸であり、y'は実験室のy軸により近い主軸である座標系。

注記 3主軸が実験室座標系の x 軸および y 軸と π/4 の角度をなす場合，慣例により x' 軸は最大範囲の方向である。

注記 4:図 1 を参照。

3.4

方位角

φ

<パワー密度分布> 実験室システムの x 軸と主軸 x' の間の方位角

3.5

ビーム幅

d σx' ( z0x' ), d σy' ( z0y' )

パワー密度分布の二次モーメントに基づく、それぞれ主軸 x' および y' に沿った軸位置zにおけるビームの断面におけるパワー密度分布の範囲

注記 1:この定義は、ISO 11145:2018 の 3.5.2 で与えられた定義とは異なります。この定義では、ビーム幅は実験室システムでのみ定義されていますが、このドキュメントの目的では、ビーム幅は 主軸で定義されています ( 3.3) ビームのシステム。

注記 2 3 つの二次モーメントからビーム幅を計算する式は 7.2 に示されている。

3.6

ビーム楕円率

ε ( z )

軸方向位置zにおけるパワー (エネルギー) 密度分布の真円度または直角度を定量化するためのパラメーター

注記 1:従う.

注記 2:ε ( z ) ≥ 0.87 の場合、楕円分布は円形と見なすことができます。

注記 3:矩形分布の場合、楕円率はしばしば「アスペクト比」と呼ばれます。

注記4ここで与えられた定義とは対照的に，文献では「楕円率」という用語は時々 に関連している．ここに示す定義は、ISO 11145 および ISO 13694 の楕円率の同じ定義と一致するように選択されています。

3.7

円形パワー密度分布

楕円率が 0.87 以上の出力密度分布

[出典: ISO 11145:2018, 3.6.4]

3.8

ビーム径

dσ ( z )

2 次モーメントに基づく、軸方向位置zにおけるビームの断面における円形パワー密度分布の範囲

注記1 2次モーメントからビーム径を計算する公式は7.2に示されている。

3.9

汚名

自由伝搬下の任意の平面で円形のパワー密度分布を持ち、すべてがそのレンズと同じ 方位角方向 (3.4) を持つ円柱レンズを通過した後のパワー密度分布を示すビームの特性。

3.10

単純乱視

自由伝搬下で 方位角方向 (3.4) が一定であり、その円筒軸が 主軸 (3.3) の 1 つに平行な円筒状光学要素を通過した後、元の 方位角方向 (3.4) を保持する非無収差ビームの特性。ビームの

注記1 単純な非点収差(3.10) を伴うビームに対応するパワー密度分布の 主軸 (3.3)は，そのビームの主軸(3.3) と呼ばれる。

3.11

一般的な乱視

非点収差でも単純非点収差でもないビームの特性。

注記 1:このドキュメントでは、非点収差ビームと単純非点ビームのみを扱います。一般的な乱視ビームについては、ISO 11146-2 を参照してください。

3.12

ビームウエストの位置

<単純非点ビーム、非点ビーム> ビーム幅 (3.5) またはビーム径s (3.8) がビーム軸に沿って最小値に達する位置

注記 1:図 2 を参照。

図 2 —単純な非点収差ビームのビーム伝搬パラメータ

注記 2この文書の範囲外である一般的な乱視ビームの場合、この定義は適用されません。ISO 11146-2 を参照してください。

注記 3:単純な非点収差ビームの場合、 主軸 (3.3) に対応するウェスト位置と一致しない場合があります。

注記 4:単純な乱視ビームの場合、ビーム幅が使用されます。非点ビームの場合、ビーム径が使用されます。

3.13

ビームウエスト幅

<単純非点収差ビーム> 対応するビーム ウエスト位置z0x'orz0y'でのビーム幅d σx' ( z0x' ) およびd σy' ( z0y' ) それぞれ

3.14

ビームウエスト径

<無点ビーム> ビームウェストz0の位置におけるビームの直径d σ ( z0 )

3.15

ビーム発散角

によって与えられる、 ビームウエスト位置 (3.12) からの距離の増加に伴う ビーム幅 (3.5) or ビーム直径 (3.8) の増加を測定します。

(6)

他の

（7）

単純な非点ビームと

(8位)

非点ビーム用

注記1ビーム発散は全角で表される。

注記 2:この定義は、ISO 11145:2018 の 3.8.2 で与えられた定義とは異なります。この定義では、ビーム発散角は実験室システムでのみ定義されていますが、この文書の目的では、ビーム発散角は 主要な システムで定義されています。 軸 (3.3) システム。

3.16

レイリー長

z R , z Rx' , z Ry'

<単純な非点ビーム、非点ビーム> ビーム直径 (3.8) または ビーム幅 (3.5) がビーム ウエストでのそれぞれの値の倍に等しい、それぞれのビーム ウエストからの伝搬方向の距離

注記1:ガウス基本モードの場合:

注記 2:一般に、公式は有効である。

[出典: ISO 11145:2018, 3.9.1]

3.17

ビーム伝搬比

注記 1: 「ビーム伝播比」という用語は、ISO 11146:1999 で使用されていた「回折限界係数」に代わるものです。

注記 2: 3.17.1 および 3.17.2 で定義されているビーム伝搬比は、関連する光学系がビームの非点収差または単純非点収差の特性を変化させない限り、非点収差および単純非点収差ビームの伝搬不変量です。 .

3.17.1

ビーム伝搬比

他の

<単純な非点収差ビーム> 同じ波長λの回折限界の完全なガウス ビームのビーム パラメータ積に対する、対象のビームの 主軸 (3.3) に沿ったビーム パラメータ積の比率。

(9)

(10)

3.17.2

ビーム伝搬比

<無点ビーム> 同じ波長λの回折限界の完全ガウス ビーム (TEM 00 ) のビーム パラメータ積に対する対象ビームのビーム パラメータ積の比

(11)

参考文献

[1]ISO/TR 11146-3, レーザーおよびレーザー関連機器 — レーザー ビーム幅、発散角、およびビーム伝搬比の試験方法 — Part 3: 本質的および幾何学的なレーザー ビームの分類、伝搬、および試験方法の詳細
[2]ISO 15367-1, レーザーおよびレーザー関連機器 — レーザー ビームの波面の形状を決定するためのテスト方法 — Part 1: 用語と基本的側面

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:

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

centroid coordinates of the power density distribution of a cross section of a beam given as

(1)

and

(2)

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 as given in Clause 7. The limitation of the integration area here differs from the integration area given in ISO 11145.

3.2

second order moments of a power density distribution

normalized weighted integrals over the power density distribution, given as:

(3)

and

(4)

and

(5)

Note 1 to entry: For practical application, the infinite integration limits are reduced in a specific manner as given inClause 7.

Note 2 to entry: is a symbolic notation, and not a true square. This quantity can take positive, negative or zero value.

Note 3 to entry: The angular brackets are the operator notations as used in ISO 11146-2 and ISO/TR 11146-3.

3.3

principal axes

x’, y’

<power density distribution> axes of the maximum and minimum beam extent based on the second order moments of the power density distribution in a cross section of the beam

Figure 1—Beam profile with the laboratory and principle axes coordinate systems

Note 1 to entry: The axes of maximum and minimum extent are always perpendicular to each other.

Note 2 to entry: Unless otherwise stated, in this document x’ is the principal axis which is closer to the x-axis of the laboratory coordinate system, and y’ is the principal axis which is closer to the y-axis of the laboratory coordinate system.

Note 3 to entry: If the principal axes make the angle π/4 with the x- and y-axes of the laboratory coordinate system, then the x’-axis is by convention the direction of maximum extent.

Note 4 to entry: See Figure 1.

3.4

azimuthal orientation

φ

<power density distribution> azimuthal angle between the x-axis of the laboratory system and the principal axis x’

3.5

beam widths

dσx’ (z0x’ ), dσy’ (z0y’ )

extent of a power density distribution in a cross-section of the beam at an axial location z along the principal axes x’ and y’, respectively, based on the second order moments of the power density distribution

Note 1 to entry: This definition differs from that given in ISO 11145:2018, 3.5.2, where the beam widths are defined only in the laboratory system, whereas for the purposes of this document the beam widths are defined in the principal axes (3.3) system of the beam.

Note 2 to entry: Formulae for calculation of the beam widths from the three second order moments are given in7.2.

3.6

beam ellipticity

ε(z)

parameter for quantifying the circularity or squareness of a power (energy) density distribution at an axial location z

Note 1 to entry: It follows that .

Note 2 to entry: If ε(z) ≥ 0,87, elliptical distributions can be regarded as circular.

Note 3 to entry: In case of a rectangular distribution, ellipticity is often referred to as “aspect ratio”.

Note 4 to entry: In contrast to the definition given here, in literature the term “ellipticity” is sometimes related to . The definition given here has been chosen to be in concordance with the same definition of ellipticity in ISO 11145 and ISO 13694.

3.7

circular power density distribution

power density distribution having an ellipticity greater than or equal to 0,87

[SOURCE: ISO 11145:2018, 3.6.4]

3.8

beam diameter

dσ (z)

extent of a circular power density distribution in a cross section of the beam at an axial location z, based on the second order moments

Note 1 to entry: Formulae for calculation of the beam diameter from the second order moments are given in7.2.

3.9

stigmatism

property of a beam having circular power density distributions in any plane under free propagation and showing power density distributions after propagation through a cylindrical lens all having the same azimuthal orientation (3.4) as that lens

3.10

simple astigmatism

property of a non-stigmatic beam whose azimuthal orientation (3.4) is constant under free propagation, and which retains its original azimuthal orientation (3.4) after passing through a cylindrical optical element whose cylindrical axis is parallel to one of the principal axes (3.3) of the beam

Note 1 to entry: The principal axes (3.3) of a power density distribution corresponding to a beam with simple astigmatism (3.10) are called the principal axes (3.3) of that beam.

3.11

general astigmatism

property of a beam which is neither stigmatic nor simple astigmatic

Note 1 to entry: This document deals only with stigmatic and simple astigmatic beams. See ISO 11146-2 for general astigmatic beams.

3.12

beam waist locations

<simple astigmatic beams, stigmatic beams> location where the beam widths (3.5) or the beam diameters (3.8) reach their minimum values along the beam axis

Note 1 to entry: See Figure 2.

Figure 2—Beam propagation parameters of a simple astigmatic beam

Note 2 to entry: In the case of general astigmatic beams, which are outside the scope of this document, this definition does not apply, see ISO 11146-2.

Note 3 to entry: For simple astigmatic beams the waist locations and corresponding to the principal axes (3.3) , may or may not coincide.

Note 4 to entry: For simple astigmatic beams, the beam widths are used; for stigmatic beams the beam diameters are used.

3.13

beam waist widths

<simple astigmatic beams> beam width dσx’ (z0x’ ) and dσy’ (z0y’ ), respectively, at the corresponding beam waist locations z0x’orz0y’ , respectively

3.14

beam waist diameter

<stigmatic beams> diameter dσ (z0) of the beam at the location of the beam waist z0

3.15

beam divergence angles

measure for the increase of the beam widths (3.5) or beam diameter (3.8) with increasing distance from the beam waist locations (3.12) , given by

(6)

and

(7)

for simple astigmatic beams and

(8)

for stigmatic beams

Note 1 to entry: The beam divergence is expressed as a full angle.

Note 2 to entry: This definition differs from that given in ISO 11145:2018, 3.8.2, where the beam divergence angles are defined only in the laboratory system, whereas for the purposes of this document the beam divergence angles are defined in the principal axes (3.3) system.

3.16

Rayleigh length

zR , zRx’ , zRy’

<simple astigmatic beams, stigmatic beams>distance in the direction of propagation from the respective beam waist for which the beam diameter (3.8) or the beam width (3.5) are equal to times their respective values at the beam waist

Note 1 to entry: For the Gaussian fundamental mode:

Note 2 to entry: Generally, the formula is valid.

[SOURCE: ISO 11145: 2018, 3.9.1]

3.17

beam propagation ratios

Note 1 to entry: The term “beam propagation ratio” replaces “times-diffraction-limit factor” which was used in ISO 11146:1999.

Note 2 to entry: Beam propagation ratios, as defined in 3.17.1 and 3.17.2, are propagation invariants for stigmatic and simple astigmatic beams, only as long as the optics involved do not change the stigmatic or the simple astigmatic character of the beam.

3.17.1

beam propagation ratios

and

<simple astigmatic beams> ratios of the beam parameter product along the principal axes (3.3) of the beam of interest to the beam parameter product of a diffraction-limited, perfect Gaussian beam of the same wavelength λ

(9)

(10)

3.17.2

beam propagation ratio

<stigmatic beams> ratio of the beam parameter product of the beam of interest to the beam parameter product of a diffraction-limited, perfect Gaussian beam (TEM00) of the same wavelength, λ

(11)

Bibliography

[1]ISO/TR 11146-3, Lasers and laser-related equipment — Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios — Part 3: Intrinsic and geometrical laser beam classification, propagation and details of test methods
[2]ISO 15367-1, Lasers and laser-related equipment — Test methods for determination of the shape of a laser beam wavefront — Part 1: Terminology and fundamental aspects

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