ISO 17526:2003 光学および光学機器—レーザーおよびレーザー関連機器—レーザーの寿命

この規格プレビューページの目次

※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

このドキュメントの目的のために、ISO 11145 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。

注記簡潔にするために、この規格の以下のすべての部分で、「電力」という用語は cw または反復 cw モードを指し、「エネルギー」はパルスおよび準 cw モードを指します。

3.1 操作モード

注記 1以下の操作モードは、レーザーの時間特性とパルス特性を定義します。

注記 2以降の分類ではカバーされない動作モードがある場合があります。これらのモードは、テストレポートで詳細に説明する必要があります。

3.1.1

CWモード

レーザーが 0.25 秒以上の時間にわたって連続的に放射を放出するモード。

3.1.2

反復CWモード

レーザーが cw モードで動作しているが、1 分間に 1 回以上オンとオフを繰り返すモード

3.1.3

パルスモード

レーザーが単一パルスまたは一連のパルスの形でエネルギーを供給するモード。

注記 1パルスの持続時間は 0.25 秒より短い。

注記 2以降に定義される動作モード (3.1.4 から 3.1.7) は、パルスモードの特殊なケースです。

3.1.4

パルス列モード

レーザーが連続パルス繰り返し率で少なくとも 100 回の後続放射パルス (パルス持続時間 < 0.25 秒) を放出するモード。

3.1.5

シングルパルスモード

レーザーが低い繰り返し率で単一パルスを放出するモード。つまり、レーザー媒質は後続のパルス間で平衡状態に達しています。

注記1各パルスが，意図する用途に関連するすべての特性において，レーザのスイッチオン後の最初のパルスと同一である場合，レーザは平衡状態にあるとみなされる。

3.1.6

バーストパルスモード

一定のパルス繰り返し率f_Pで放射するパルスレーザービームが繰り返しオンとオフに切り替えられるモード。各バーストには少なくとも 2 つのパルスが含まれ、2 つのバースト間の時間間隔は少なくとも 2 × パルス繰り返し率の逆数である

3.1.7

準CWモード

レーザー放射の持続時間が非常に長いため、レーザー活性材料が光学的平衡に達しているが、熱平衡には達していないモード。

注記 1:一部のレーザータイプ (特にダイオードレーザーおよびダイオードレーザーベースのデバイス) では、この動作モードが関連します。

3.2 運転条件

注記 1以下の定義では、寿命試験が実行される長期動作のさまざまなモードが定義されています。

注記 2簡潔にするために、以降の節では「レーザー」という用語のみを使用するが、それぞれの定義および方法は、3.4 に従ってレーザー装置、レーザーユニット、レーザーモジュールなどを指すこともある。

3.2.1

自動ポンプ出力制御モード

APPC モード

他のすべての動作条件 (温度など) を一定に保ちながら、自動制御された一定のポンプ出力 (エネルギー) でレーザーを動作させるモード

注記 1固体レーザーなどの光学的に励起されるレーザーの場合、アークランプまたは励起ダイオードの動作電流は、励起光源の劣化を補償するために調整されます。

3.2.2

自動電流制御モード

ACC モード

他のすべての動作条件 (温度など) を一定に保ちながら、レーザーを一定の自動制御動作電流で動作させるモード

注記 1: ACC モードは、出力パワーが電流制御されたレーザー、たとえばアークランプ励起固体レーザー、ある種のガスレーザーまたはダイオードレーザーにのみ適用されます。レーザーの種類によっては、自動電圧制御モード (AVC モード) を適用することもできます。

3.2.3

自動電力制御モード

APC モード

他のすべての動作条件 (温度など) を一定に保ちながら、ポンプ出力 (エネルギー) (動作電流または光ポンプ出力など) を調整することにより、レーザーを一定の自動制御光出力 (エネルギー) で動作させるモード。

3.2.4

ユーザー選択モード

ユーザーがアクセスできる一定の設定でレーザーを操作するモード

注記1:一定レベルに保たれるパラメータの例は次のとおりです: ガスレーザーの励起放電の電流, 固体レーザーのフラッシュランプの電流, ダイオードレーザーの電流, ポンプパワーまたはポンプエネルギー。

3.3 ライフタイム関連用語

3.3.1

失敗するまでの時間

TTF

アイテムの動作時間の合計時間。最初にアップ状態になった瞬間から障害が発生するまで、または復旧の瞬間から次の障害が発生するまで

[出典:IEC 60050-191-10-02:1990]

注記 1:故障までの時間がレーザーの重要なコンポーネントまたはサブシステムに関係している場合は、TTF ステートメントでこれを述べる必要があります。

3.3.2

平均故障時間

MTTF

失敗するまでの時間の期待

[出典:IEC 60050-191-12-07:1990]

3.3.3

可用性

必要な外部リソースが提供されていると仮定して、アイテムが特定の条件下で特定の瞬間または特定の時間間隔で必要な機能を実行する状態になる能力

注記1この能力は、信頼性性能、保守性性能、保守支援性能の複合的な側面に依存します。

注記 2:保守リソース以外の必要な外部リソースは、品目の可用性パフォーマンスに影響しません。

注記 3フランス語では、「disponibilité」という用語は、「瞬時に利用できる」という意味でも使用されます。

[出典:IEC 60050-191-02-05:1990]

注記 4: IEC 61703:2001 の 6.3.10 節も参照。

3.3.4

劣化

一定の動作および環境条件でテストした場合の、動作中のレーザー性能の低下。

3.3.5

電力低下

一定の動作条件と環境条件でテストしたときの、動作中のレーザーの光出力パワーの漸進的な減少。

注記 1:レーザーの小さな部品の故障などによって引き起こされる、時折の不連続 (< 10% の出力低下) が含まれる場合があります。

3.3.6

（電力）劣化率

一定の試験条件下での動作時間に対するレーザー出力 (エネルギー) の減少率

注記1:レーザーが自動励起出力制御モード (APPC モード) または自動電流制御モード (ACC モード) でテストされる場合、劣化率は、時間t₁とt₂の間の出力減少の比率として測定されます ( P₁およびP₂ ) P₂ − P₁および時間間隔 Δ t = t₂ − t₁:

パルスレーザーの場合、パワーPはエネルギーEに置き換えられます。

レーザーが自動出力制御モード (APC モード) でテストされる場合、時間t₁とt₂の間のポンプ出力P_pumpの増加 (それぞれP_pump,1とP_pump,2 ) Pの比率として劣化率が測定されます。 _pump,2 − P_pump,1および時間間隔 Δ t = t₂ − t₁

パルスモードでポンピングされるパルスレーザーの場合、ポンプパワーP_pumpは、ポンプエネルギーE_pumpに置き換えられます。
ガスレーザーやダイオードレーザーなどの特定のタイプのレーザーでは、ポンプ出力は基本的に動作電流I比例します。したがって、ポンプ電力P_pumpは、次の式の動作電流Iに置き換えることができます。

3.3.7

人生の終わり

EOL

レーザーが初めて出力仕様を満たさなくなるまでの時間

3.3.7.1

ACC または APPC モードのサポート終了

τ^ACC_{EOL, α}orτ^APPC_{EOL, α}

期間τ^ACC_{EOL, α}orτ^APPC_{EOL, α}その後、電力は初期電力P₀ [= P ( t = 0)] のα % に低下します。

P ( τ^ACC_{EOL, α} ) = ( α/100 %) P₀orP ( τ^APPC_{EOL, α} ) = ( α/100 %) P₀それぞれ

注記 1:高出力ダイオードレーザーの場合、α = 80% が頻繁に使用されます。低出力ダイオードレーザーの場合、α = 50% が一般的です。製造業者/供給業者は、技術文書で値 α を指定する必要があります。

3.3.7.2

APC モードのサポート終了

τ^APC_{EOL, α}

持続時間τ^APC_{EOL, α}その後、ポンプ出力P_pumpは、(初期) しきい値ポンプ出力P_th,0を超えて、初期ポンプ出力P_pump,0の (100 − α )/ αだけ増加する必要があります。

注記 1:電流制御レーザー (ref. 3.2.2) の場合、ポンプ出力は動作電流 I に置き換えられ、その結果、

注記 2:この EOL の定義は、しきい値電流とスロープ効率が APC モードと ACC モードで同一の長期動作を示す場合、ダイオードレーザーの ACC モード寿命との比較可能性を保証します ([1, 2] を参照)

注記 3:高出力ダイオードレーザーの場合、 α = 80% が頻繁に使用されます。低出力ダイオードレーザーの場合、 α = 50% が一般的です。製造業者/供給業者は、技術文書で値 α を指定する必要があります。

3.4 種類と分類

この国際規格では、「レーザー」に関する ISO 11145:2001 の図 1 の一般的な定義が適用されます。 ISO 11145 で指定された分類に加えて、次の分類が使用されます。

注記レーザーユニットは、異なるレーザーまたはレーザーデバイスで構成されている場合があります。 (例としては、他のレーザーによってポンピングされるレーザー、オシレーターアンプ構成、マルチレーザーモジュールなどがあります。)

3.4.1

マルチレーザーモジュール

メーカーによって 1 つのユニットに結合され、ユーザーが分離できない 2 つ以上のレーザーまたはレーザー装置

3.4.2

レーザー光源

レーザー放射源には、電源、コントローラー、および外部冷却装置 (水チラーなど) を除く、その動作に不可欠なすべてのデバイスが含まれます。

注記 1: ISO 11145:2001 の図 1 に示されている「レーザー装置」とは異なり、レーザー光源には「レーザー」と必須の「ビームガイド装置」が含まれますが、「供給」は含まれません。

3.5 その他

3.5.1

燃える

メーカーがレーザーまたはレーザーの重要なコンポーネントに適用する手順。レーザーまたはコンポーネントは、メーカーが定義した動作条件で操作およびテストされます。

注記 1:多くの場合、バーンイン手順はメーカーの品質保証プログラムの一部です。

3.5.2

ふるい分け

特定の属性またはパラメータに従って、レーザー製造業者によって適用される選択手順

注記1：バーンイン手順は、スクリーニング手順の1つの可能なタイプです。

注記2バーンイン手順は、スクリーニング手順の1つの可能なタイプです。

3.5.3

突然の失敗

レーザーの EOL 基準を下回る瞬間的な (突然の) 出力低下

参考文献

[1]	Dorsch F. および D aimerFX 、国際寿命基準の基礎としての高出力ダイオードレーザーのエージングテスト、SPIE pro Vol. 2870, pp. 381-389, ケベック 1996
[2]	ＤａｉｍｅｒＦＸ、ＤｏｒｓｃｈＦ．およびＨｅｉｎｅｍａｎｎＳｔ．、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ高出力ダイオードレーザーの老化特性、ＳＰＩＥｐｒｏｃ． Vol. 3244, pp. 587-595, ボールダー, CO 1997
[3]	ISO 285, 属性による検査のためのサンプリング手順
[4]	ISO 11252, レーザーおよびレーザー関連機器 - レーザー装置 - 文書化の最小要件
[5]	ISO 16269-7, データの統計的解釈 - Part 7: 中央値 - 推定と信頼区間
[6]	IEC 60319, 電子部品の信頼性データのプレゼンテーションと仕様
[7]	IEC 60410, 属性による検査のためのサンプリング計画と手順
[8]	IEC 61040, レーザー放射用の電力およびエネルギー測定検出器、機器および機器
[9]	IEC 61751, 電気通信に使用されるレーザーモジュール - 信頼性評価

3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 11145 and the following apply.

NOTE For simplicity, in all following parts of this International Standard the term “power” refers to cw or repetitive-cw mode, whereas “energy“ refers to pulse and quasi-cw mode.

3.1 Modes of operation

NOTE 1 The following modes of operation define the temporal and pulsed characteristics of the laser.

NOTE 2 There might be modes of operation that are not covered by the subsequent classification. These modes should be described in detail in the test report.

3.1.1

cw-mode

mode where the laser emits radiation continuously over periods of time longer than or equal to 0,25 s

3.1.2

repetitive cw-mode

mode in which the laser is operated in cw-mode but repetitively switched on and off more than once per minute

3.1.3

pulsed mode

mode in which the laser delivers its energy in the form of a single pulse or a train of pulses

Note 1 to entry: The duration of a pulse is shorter than 0,25 s.

Note 2 to entry: The subsequently defined modes of operation (3.1.4 to 3.1.7) are special cases of pulsed mode.

3.1.4

pulse train mode

mode in which the laser emits at least 100 subsequent radiation pulses (pulse duration < 0,25 s) at a continuous pulse repetition rate

3.1.5

single pulse mode

mode in which the laser emits single pulses at low repetition rate, i.e. the laser medium has reached its equilibrium state between subsequent pulses

Note 1 to entry: The laser is considered to be in its state of equilibrium, if each pulse is identical to the first pulse after switch-on of the laser in all characteristics that are relevant for the intended application.

3.1.6

burst pulse mode

mode in which a pulsed laser beam emitting at a fixed pulse repetition rate f_P is repetitively switched on and off, where each burst contains at least two pulses and the time interval between two bursts is at least 2 × the inverse of the pulse repetition rate

3.1.7

quasi-cw-mode

mode in which the duration of the laser radiation is so long that the laser active material has reached its optical but not its thermal equilibrium

Note 1 to entry: For some laser types (especially diode lasers and diode laser based devices) this operation mode is relevant.

3.2 Operating conditions

NOTE 1 In the following definitions different modes of long-term operation are defined under which a lifetime test is performed.

NOTE 2 For simplicity, in the subsequent clauses, only the term “laser” is used, although the respective definitions and methods might also refer to laser devices, laser units, laser modules, etc. in accordance with 3.4.

3.2.1

automatic pump power control mode

APPC-mode

mode in which the laser is operated at a constant, automatically controlled pump power (energy) with all other operating conditions (e.g. temperature) being kept constant

Note 1 to entry: For optically pumped lasers, e.g. solid-state lasers, the operating current for the arc lamps or pump diodes is adjusted to compensate for degradation of the pump source.

3.2.2

automatic current control mode

ACC-mode

mode in which the laser is operated at constant, automatically controlled operation current with all other operating conditions (e.g. temperature) being kept constant

Note 1 to entry: ACC-mode is only applicable for lasers with current-controlled output power, e.g. arc lamp pumped solid-state-lasers, some types of gas lasers or diode lasers. For certain types of lasers, an automatic voltage control mode (AVC-mode) may also be applied.

3.2.3

automatic power control mode

APC-mode

mode in which the laser is operated at constant automatic controlled optical output power (energy) by adjusting the pump power (energy) (e.g. operation current or optical pump power) with all other operating conditions (e.g. temperature) being kept constant

3.2.4

user selected mode

mode in which the laser is operated at constant user-accessible settings

Note 1 to entry: Examples of the parameters to be held on a constant level are: the current of the exciting discharge of a gas laser, the current of the flashlamp of a solid state laser, the current of a diode laser, pump power or pump energy.

3.3 Lifetime related terms

3.3.1

time to failure

TTF

total time duration of operating time of an item, from the instant it is first put in an up state, until failure or from the instant of restoration until next failure

[SOURCE: IEC 60050-191-10-02:1990]

Note 1 to entry: If time to failure refers to a significant component or subsystem of the laser, this should be stated with the TTF-statement.

3.3.2

mean time to failure

MTTF

expectation of the time to failure

[SOURCE: IEC 60050-191-12-07:1990]

3.3.3

availability

ability of an item to be in a state to perform a required function under given conditions at a given instant of time or over a given time interval, assuming that the required external resources are provided

Note 1 to entry: This ability depends on the combined aspects of the reliability performance, the maintainability performance and the maintenance support performance.

Note 2 to entry: Required external resources, other than maintenance resources do not affect the availability performance of the item.

Note 3 to entry: In French, the term"disponibilité" is also used in the sense of"instantaneous availability".

[SOURCE: IEC 60050-191-02-05:1990]

Note 4 to entry: See also IEC 61703:2001, subclause 6.3.10.

3.3.4

degradation

decrease of the performance of a laser during time of operation when tested at constant operating and environmental conditions

3.3.5

power degradation

gradual decrease of the optical output power of a laser during time of operation when tested at constant operating and environmental conditions

Note 1 to entry: Occasional discontinuities (< 10 % power drop) as e.g. caused by failures of small parts of a laser can be included.

3.3.6

(power) degradation rate

ratio of decrease of the laser output power (energy) to operation duration under constant test conditions

Note 1 to entry: If the laser is tested in automatic pump power control mode (APPC-mode) or in automatic current control mode (ACC-mode) the degradation rate is measured as the ratio of the power decrease between time t₁ and t₂ ( P₁ and P₂, respectively) P₂ − P₁ and the time interval Δ t = t₂ − t₁:

For pulsed lasers the power P is replaced by the energy E

If the laser is tested in automatic power control mode (APC-mode) the degradation rate is measured as the ratio of the pump power P_pump increase between time t₁ and t₂ ( P_pump,1 and P_pump,2 , respectively) P_pump,2 − P_pump,1 and the time interval Δ t = t₂ − t₁

For pulsed lasers that are pumped in pulsed mode the pump power P_pump is replaced by the pump energy E_pump.
For certain types of lasers, e.g. gas lasers or diode lasers, the pump power is essentially proportional to the operating current I . Therefore the pump power P_pump can be replaced by the operating current I in the formula in those cases:

3.3.7

end of life

EOL

duration after which the laser does not fulfil its output power specifications for the first time

3.3.7.1

end of life for ACC- or APPC mode

τ^ACC_EOL,αorτ^APPC_EOL,α

duration τ^ACC_EOL,αorτ^APPC_EOL,α after which the power has dropped to α % of the initial power P₀ [= P ( t = 0)]:

P (τ^ACC_EOL,α ) = (α/100 %) P₀orP (τ^APPC_EOL,α ) = (α/100 %) P₀, respectively

Note 1 to entry: For high power diode lasers α = 80 % is frequently used. For low power diode lasers α = 50 % is common. The manufacturer/furnisher should specify the value α in the technical documentation.

3.3.7.2

end of life for APC mode

τ^APC_EOL,α

duration τ^APC_EOL,α after which the pump power P_pump has to be increased by (100 − α)/α of the initial pump power P_pump,0 above the (initial) threshold pump power P_th,0:

Note 1 to entry: For current-controlled lasers (ref. 3.2.2) the pump power is replaced by the operating current I and consequently

Note 2 to entry: This EOL-definition ensures comparability with ACC-mode lifetimes for diode lasers (see [1, 2]) provided that threshold current and slope efficiency show identical long-term behaviour in APC- and ACC mode.

Note 3 to entry: For high power diode lasers α = 80 % is frequently used. For low power diode lasers α = 50 % is common. The manufacturer/furnisher should specify the value α in the technical documentation.

3.4 Types and classification

For this International Standard the general definitions of ISO 11145:2001, Figure 1, concerning “laser” apply. Additionally to the classification given in ISO 11145 the following classification is used:

NOTE A laser unit may consist of different lasers or laser devices. (Examples are lasers that are pumped by other lasers, oscillator-amplifier configurations and multi laser modules.)

3.4.1

multi-laser module

two or more lasers or laser devices which are combined into one unit by the manufacturer and cannot be separated by the user

3.4.2

laser source

laser radiation source including all devices that are essential for its operation, excluding electrical power supplies and controller and external cooling equipment (e.g. water chiller)

Note 1 to entry: Unlike a"Laser device" as shown in Figure 1 of ISO 11145:2001 a laser source includes the"Laser" and essential"Beam-guiding devices", but no"Supply".

3.5 Others

3.5.1

burn-in

procedure applied by the manufacturer to a laser or a significant component of a laser, where the laser or the component is operated and tested at manufacturer-defined operating conditions

Note 1 to entry: Frequently, a burn-in procedure is part of the manufacturer”s quality assurance programme.

3.5.2

screening

selection procedure applied by the laser manufacturer according to specific attributes or parameters

Note 1 to entry: A burn-in procedure is one possible type of screening procedure.

Note 2 to entry: A burn-in procedure is one possible type of a screening procedure.