ISO 21254-2:2011 レーザーおよびレーザー関連機器—レーザー誘起損傷しきい値のテスト方法—パート2:しきい値の決定 | ページ 2

※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。

序文

ISO (国際標準化機構) は、各国の標準化団体 (ISO メンバー団体) の世界的な連合です。国際規格の作成作業は、通常、ISO 技術委員会を通じて行われます。技術委員会が設立された主題に関心のある各会員団体は、その委員会に代表される権利を有します。 ISOと連携して、政府および非政府の国際機関もこの作業に参加しています。 ISO は、電気技術の標準化に関するすべての問題について、国際電気標準会議 (IEC) と緊密に協力しています。

国際規格は、ISO/IEC 指令のPart 2 部で規定されている規則に従って作成されます。

技術委員会の主な任務は、国際規格を準備することです。技術委員会によって採択されたドラフト国際規格は、投票のためにメンバー団体に配布されます。国際規格として発行するには、投票するメンバー団体の少なくとも 75% による承認が必要です。

このドキュメントの要素の一部が特許権の対象となる可能性があることに注意してください。 ISO は、そのような特許権の一部または全部を特定する責任を負わないものとします。

ISO 21254-2 は、技術委員会 ISO/TC 172, 光学およびフォトニクス、小委員会 SC 9, 電気光学システムによって作成されました。

ISO 21254-2:2011 のこの初版は、ISO 21254-1:2011 とともに、技術的に改訂された ISO 11254-1:2000 および ISO 11254-2:2001 を取り消し、置き換えます。

ISO 21254 は、レーザーおよびレーザー関連機器 — レーザー誘起損傷閾値の試験方法という一般的なタイトルの下に、次の部分で構成されています。

  • Part 1: 定義と一般原則
  • Part 2: しきい値の決定
  • Part 3: レーザー出力 (エネルギー) 処理能力の保証
  • 第4部:検査・検出・測定【テクニカルレポート】

序章

ISO 21254 のこのパートでは、コーティングされたものとコーティングされていないものの両方の光学部品のシングルショットおよびマルチショットのレーザー誘起損傷閾値 (LIDT) を決定するための試験方法を指定しています。その目的は、一貫した測定結果が得られ、異なる試験所間で迅速かつ正確に比較できる方法を提供することです。

この国際規格で 1 対 1 試験と呼ばれる単発試験では、サンプル表面の各未露光部位にレーザー放射を 1 パルスだけ照射します。繰り返しのレーザー放射パルスは、単発損傷の測定値を下回る照射レベルで、光学部品を損傷したり、光学部品を劣化させたりする可能性があります。熱加熱と歪みによって引き起こされる可逆的な影響に加えて、エージング、微小損傷、および欠陥の生成または移動による不可逆的な損傷が観察されます。光学品質の低下は、レーザーの動作パラメータとコンポーネントが配置されている光学システムの関数です。 S-on-1 テストと呼ばれるマルチショット テストは、露出していない各テスト サイトで一定のエネルギー密度を持つ一連のパルスを使用するプロトコルに基づいています。

ISO 21254 のこの部分では、1 対 1 の試験の生存曲線に基づく評価手法に加えて、S 対 1 の損傷試験から得られた生データを削減するための 2 つの方法についても説明しています。もう 1 つは外挿法です。特性損傷曲線法では、試験片の光学面の多数の部位で S-on-1 試験を行い、損傷の確率 10%、50% に対応するエネルギー密度値を示す 3 つのグラフのセットを生成する必要があります。選択したパルス数に対して % および 90%。特性損傷曲線は、完全かつ拡張されたレーザー誘起損傷試験の結果を表しており、新しく開発された、または重要なレーザー光学系の基本的な調査に推奨されます。 S-on-1 テストの 2 番目の方法である外挿法では、かなり少数のテスト サイトを使用します。このメソッドは、サイトごとのパルス数の関数として、損傷しきい値の動作の損傷領域と非損傷領域の分布図を生成します。この図の信頼性は限られていますが、完全な損傷試験によってすでに認定されている光レーザー コンポーネントの品質管理に、または拡張損傷試験の準備の一部として使用することができます。

工業用途に適した現実的なレーザー損傷試験には、多数のパルス (10 9 ~ 10 11パルス) が必要なため、不釣り合いなほどの実験費用がかかります。したがって、ISO 21254 のこの部分では、光学部品の実際の寿命を推定するために、特性損傷曲線の外挿によって S-on-1 しきい値を取得する手順も概説しています。

注記放射線の繰り返しパルスにさらされる光学部品のレーザー誘起損傷閾値は、汚染、熱加熱、移動または内部欠陥の生成、および変化します。これらのメカニズムは、レーザーの動作パラメータ、環境、コンポーネントの取り付け条件の影響を受けます。これらの理由から、すべてのパラメータを記録し、異なる動作条件で実施されたテストでは損傷挙動が異なる可能性があることに留意する必要があります。

ISO 21254 のこの部分に記載されている試験手順は、レーザー波長とパルス長のすべての組み合わせに適用できます。ただし、測定が同じパルス長とビーム径を使用して同じ波長で実行されていない限り、レーザー損傷閾値データの比較は誤解を招く可能性があります。レーザー誘起損傷閾値測定の定義と一般原則は、ISO 21254-1 に記載されています。

警告 — 損傷データの外挿は、レーザー誘起損傷閾値の過大評価につながる可能性があります。有毒物質 (例: ZnSe, GaAs, CdTe, ThF 4 、カルコゲナイド、Be, Cr, Ni) の場合、深刻な健康被害につながる可能性があります。詳細なコメントについては、ISO 21254-1:2011, 付録 A を参照してください。

1 スコープ

ISO 21254 のこのパートでは、光学レーザー コンポーネントのレーザー誘起損傷閾値を決定するための 1 対 1 および S 対 1 のテストについて説明しています。すべてのタイプのレーザーとすべての動作条件に適用できます。

2 参考文献

本書の適用には、以下の参考文献が不可欠です。日付のある参考文献については、引用された版のみが適用されます。日付のない参照については、参照文書の最新版 (修正を含む) が適用されます。

  • ISO 11145, 光学およびフォトニクス — レーザーおよびレーザー関連機器 — 語彙および記号
  • ISO 21254-1:2011, レーザーおよびレーザー関連機器 — レーザー誘起損傷閾値の試験方法 — Part 1: 定義と一般原則

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 ISO 21254-1 に記載されている用語と定義が適用されます。

参考文献

[1]ISO 10110-7, 光学およびフォトニクス — 光学要素およびシステムの図面の作成 — Part 7: 表面の欠陥の許容範囲
[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]ISO 15367-2, 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試験方法 — Part 2: シャックハルトマン センサー
[4]ISO 21254-3, レーザーおよびレーザー関連機器 — レーザー誘起損傷閾値の試験方法 — Part 3: レーザー出力 (エネルギー) 処理能力の保証
[5]ISO/TR 21254-4, レーザーおよびレーザー関連機器 — レーザー誘起損傷閾値の試験方法 — Part 4: 検査、検出および測定
[6]L amaignère 、L.、、光学材料のレーザー損傷密度の正確で再現性のある十分に特徴付けられた測定、 Rev. Sc楽器, 78 , 103105 (2007)

Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.

International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.

The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.

ISO 21254-2 was prepared by Technical Committee ISO/TC 172, Optics and photonics, Subcommittee SC 9, Electro-optical systems.

This first edition of ISO 21254-2:2011, together with ISO 21254-1:2011, cancels and replaces ISO 11254-1:2000 and ISO 11254-2:2001, which have been technically revised.

ISO 21254 consists of the following parts, under the general title Lasers and laser-related equipment — Test methods for laser-induced damage threshold:

  • Part 1: Definitions and general principles
  • Part 2: Threshold determination
  • Part 3: Assurance of laser power (energy) handling capabilities
  • Part 4: Inspection, detection and measurement [Technical Report]

Introduction

This part of ISO 21254 specifies test methods for determining single-shot and multiple-shot laser-induced damage thresholds (LIDTs) of optical components, both coated and uncoated. The aim is to provide methods which will enable measurement results to be obtained which are consistent and can be rapidly and accurately compared between different test laboratories.

In the single-shot test, which is referred to as the 1-on-1 test in this International Standard, each unexposed site on the sample surface is subjected to only one pulse of laser radiation. Repeated laser radiation pulses can damage optical components, or otherwise cause them to deteriorate, at irradiation levels below those measured for single-shot damage. Besides reversible effects induced by thermal heating and distortion, irreversible damage due to ageing, microdamage and the generation or migration of defects is observed. The degradation of the optical quality is a function of the laser operating parameters and the optical system in which the component is located. The multiple-shot test, referred to as the S-on-1 test, is based on a protocol that uses a series of pulses with constant energy density at each unexposed test site.

In addition to an evaluation technique based on the survival curve for 1-on-1 tests, this part of ISO 21254 also describes two methods for the reduction of raw data obtained from S-on-1 damage tests: one using the characteristic damage curve and the other an extrapolation technique. The characteristic damage curve method calls for S-on-1 testing at a large number of sites on the optical surface of the specimen and generation of a set of three graphs indicating energy density values corresponding to probabilities of damage of 10 %, 50 % and 90 % for a selected number of pulses. The characteristic damage curve represents the results of a complete and extended laser-induced damage test, and it is recommended for basic investigations in newly developed or critical laser optics. The second method of S-on-1 testing, the extrapolation method, uses a considerably smaller number of test sites. This method generates a distribution diagram of the damaged and undamaged regions for the behaviour of the damage threshold as a function of the number of pulses per site. This diagram is of limited reliability but may be employed for the quality control of optical laser components which have already been qualified by a complete damage test or as part of the preparation for extended damage testing.

Realistic laser damage tests suitable for industrial applications require a large number of pulses (109 to 1011 pulses) and hence involve a disproportionate experimental cost. This part of ISO 21254 therefore also outlines a procedure for obtaining the S-on-1 threshold by extrapolation of the characteristic damage curve in order to estimate the real lifetime of an optical component.

NOTE It should be realized that the laser-induced damage threshold of an optical component which is subjected to repeated pulses of radiation can be affected by a variety of different degradation mechanisms, including contamination, thermal heating, migration or generation of internal defects, and structural changes. These mechanisms are influenced by the laser operating parameters, the environment and the component mounting conditions. For these reasons, it is necessary to record all the parameters and to bear in mind that the damage behaviour might differ in tests carried out in different operating conditions.

The test procedures described in this part of ISO 21254 are applicable to all combinations of laser wavelengths and pulse lengths. However, comparison of laser damage threshold data can be misleading unless the measurements have been carried out at the same wavelength, using the same pulse length and beam diameter. Definitions and the general principles of laser-induced damage threshold measurements are given in ISO 21254-1.

WARNING — The extrapolation of damage data can lead to an overestimation of the laser-induced damage threshold. In the case of toxic materials (e.g. ZnSe, GaAs, CdTe, ThF 4, chalcogenides, Be, Cr, Ni), this can lead to serious health hazards. See ISO 21254-1:2011, Annex A, for further comments.

1 Scope

This part of ISO 21254 describes 1-on-1 and S-on-1 tests for the determination of the laser-induced damage threshold of optical laser components. It is applicable to all types of laser and all operating conditions.

2 Normative references

The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

  • ISO 11145, Optics and photonics — Lasers and laser-related equipment — Vocabulary and symbols
  • ISO 21254-1:2011, Lasers and laser-related equipment — Test methods for laser-induced damage threshold — Part 1: Definitions and general principles

3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 11145 and ISO 21254-1 apply.

Bibliography

[1]ISO 10110-7, Optics and photonics — Preparation of drawings for optical elements and systems — Part 7: Surface imperfection tolerances
[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
[3]ISO 15367-2, Lasers and laser-related equipment — Test methods for determination of the shape of a laser beam wavefront — Part 2: Shack-Hartmann sensors
[4]ISO 21254-3, Lasers and laser-related equipment — Test methods for laser-induced damage threshold — Part 3: Assurance of laser power (energy) handling capabilities
[5]ISO/TR 21254-4, Lasers and laser-related equipment — Test methods for laser-induced damage threshold — Part 4: Inspection, detection and measurement
[6]Lamaignère, L., et al, An accurate, repeatable, and well characterized measurement of laser damage density of optical materials, Rev. Sci. Instr., 78 , 103105 (2007)