※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 指令で指定された規則に従って起草されます。 2.
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。
例外的な状況で、技術委員会が、国際規格として通常公開されているものとは異なる種類のデータ (たとえば、「最新技術」) を収集した場合、参加メンバーの単純多数決により、次のことを決定することができます。テクニカルレポートを発行します。テクニカル レポートは、本質的に完全に有益であり、提供するデータがもはや有効または有用でないと見なされるまで、レビューする必要はありません。
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/TR 11146-3 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。
この ISO/TR 11146-3 の初版は、ISO 11146-1 とともに、技術的に改訂された ISO 11146:1999 を取り消して置き換えます。
ISO 11146 は、レーザーおよびレーザー関連機器 - 不透明度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: 非点ビームと単純非点ビーム
- Part 2: 一般的な乱視ビーム
- Part 3: 本質的および幾何学的なレーザー ビームの分類、伝播、およびテスト方法の詳細(テクニカル レポート)
序章
すべてのレーザー ビームの伝搬特性は、10 個の独立したパラメーターによる 2 次モーメントの方法で特徴付けることができます。ただし、実際に関心のあるほとんどのレーザービームは、対称性が高いため、完全な説明に必要なパラメーターが少なくて済みます。これらのビームは、使用されている共振器の設計などにより、非点収差または単純な非点収差です。
ISO 11146 のこのパートでは、ビームの特性評価と伝播の理論的説明、およびウィグナー分布の 2 次モーメントに基づくレーザー ビームの分類について説明しています。
ISO 11146-1 および ISO 11146-2 で導入された測定手順は、CCD カメラなどのマトリックス検出器による出力 (エネルギー) 密度分布の取得に基本的に基づいています (ただし、これに限定されません)これらのデータに基づく結果の精度は、適切なデータ前処理、つまりバックグラウンド減算とオフセット補正に大きく依存します。これらの手順の詳細については、こちらを参照してください。
状況によっては、マトリックス検出器で得られる精度が満足できない場合や、マトリックス検出器が利用できない場合があります。このような場合、同等の結果が得られる限り、ビーム径またはビーム幅を決定するための他の間接的な方法が実行可能な代替手段となります。ここでは、いくつかの代替測定方法を紹介します。
1 スコープ
ISO 11146 のこのパートでは、ISO 11146-1 をサポートするレーザー ビームのビーム幅 (直径)、発散角、およびビーム伝搬比を測定する方法を指定しています。ウィグナー分布の 2 次モーメントに基づくレーザー ビーム特性の理論的説明 (幾何学的および固有ビーム特性を含む) を提供し、CCD カメラなどのマトリックス検出器に推奨される適切なバックグラウンド減算方法に関する重要な詳細を提供します。また、マトリックス検出器が利用できない場合や満足のいく結果が得られない場合に適用できる非点ビームまたは単純な非点ビームの特性評価のための代替方法も示します。
参考文献
| [1] | ISO 11146-1, 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 — 1: 非点収差ビームと単純非点ビーム1) |
| [2] | ISO 11146-2, 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 — 2: 一般乱視ビーム1) |
| [3] | IEC 61040:1990, 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 |
| [4] | Siegman , AE他、 「ナイフ エッジ技術を使用したビーム幅測定のためのクリップ レベルの選択」、 IEEE Journal of Quantum Electronics Vol. 27 p. 1098-1104 (1991) |
| [5] | Siegman , AE, 「非理想的な光ビームの有効曲率半径の定義」、 IEEE Journal of Quantum Electronics Vol. 27 p. 1146-1148 (1991) |
| [6] | ネメス、 G. 、「一般的な非点光学系の合成、ねじれ解除手順、および一般的な非点収差レーザー ビームのビーム品質係数」、レーザー ビームの特徴付け、H. Weber, N. Reng, J. Lüdtke, および PM Mejias 編、工科大学ベルリン、光学研究所、Strasse des 17. Juni 135, 10623 ベルリン、ドイツ、p. 93-104 (1994) |
| [7] | ネメス、 G. 、固有および幾何学的ビーム分類と測定後のビーム識別、 SPIE Pro 4932, 624-636 (2003) |
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, 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.
In exceptional circumstances, when a technical committee has collected data of a different kind from that which is normally published as an International Standard (“state of the art”, for example), it may decide by a simple majority vote of its participating members to publish a Technical Report. A Technical Report is entirely informative in nature and does not have to be reviewed until the data it provides are considered to be no longer valid or useful.
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/TR 11146-3 was prepared by Technical Committee ISO/TC 172, Optics and photonics, Subcommittee SC 9, Electro-optical systems.
This first edition of ISO/TR 11146-3, together with ISO 11146-1, cancels and replaces ISO 11146:1999, which has been technically revised.
ISO 11146 consists of the following parts, under the general title Lasers and laser-related equipment —opagation ratios:
- Part 1: Stigmatic and simple astigmatic beams
- Part 2: General astigmatic beams
- Part 3: Intrinsic and geometrical laser beam classification, propagation and details of test methods (Technical Report)
Introduction
The propagation properties of every laser beam can be characterized within the method of second-order moments by ten independent parameters. However, most laser beams of practical interest need less parameters for a complete description due to their higher symmetry. These beams are stigmatic or simple astigmatic, e.g. due to the used resonator design.
The theoretical description of beam characterization and propagation as well as the classification of laser beams based on the second-order moments of the Wigner distribution is given in this part of ISO 11146.
The measurement procedures introduced in ISO 11146-1 and ISO 11146-2 are essentially based on (but not restricted to) the acquisition of power (energy) density distributions by means of matrix detectors, as for example CCD cameras. The accuracy of results based on these data depends strongly on proper data pre-processing, namely background subtraction and offset correction. The details of these procedures are given here.
In some situations accuracy obtainable with matrix detectors might not be satisfying or matrix detectors might simply be unavailable. In such cases, other, indirect methods for the determination of beam diameters or beam width are viable alternatives, as long as comparable results are achieved. Some alternative measurement methods are presented here.
1 Scope
This part of ISO 11146 specifies methods for measuring beam widths (diameter), divergence angles and beam propagation ratios of laser beams in support of ISO 11146-1. It provides the theoretical description of laser beam characterization based on the second-order moments of the Wigner distribution, including geometrical and intrinsic beam characterization, and offers important details for proper background subtraction methods recommendable for matrix detectors such as CCD cameras. It also presents alternative methods for the characterization of stigmatic or simple astigmatic beams that are applicable where matrix detectors are unavailable or deliver unsatisfying results.
Bibliography
| [1] | ISO 11146-1, Lasers and laser-related equipment — Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios — 1: Stigmatic and simple astigmatic beams 1) |
| [2] | ISO 11146-2, Lasers and laser-related equipment — Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios — 2: General astigmatic beams 1) |
| [3] | IEC 61040:1990, Power and energy measuring detectors, instruments and equipment for laser radiation |
| [4] | Siegman, A.E. et al., “Choice of clip levels for beam width measurements using knife edge techniques”, IEEE Journal of Quantum Electronics Vol. 27 p. 1098-1104 (1991) |
| [5] | Siegman, A.E., “Defining the effective radius of curvature for a nonideal optical beam”, IEEE Journal of Quantum Electronics Vol. 27 p. 1146-1148 (1991) |
| [6] | Nemes, G., “Synthesis of general astigmatic optical systems, the detwisting procedure, and the beam quality factors for general astigmatic laser beams”, Laser Beam Characterization, H. Weber, N. Reng, J. Lüdtke, and P.M. Mejias, eds., Technical University Berlin, Institutes of Optics, Straße des 17. Juni 135, 10623 Berlin, Germany, p. 93-104 (1994) |
| [7] | Nemes, G., Intrinsic and geometrical beam classification and the beam identification after measurement, SPIE Proc. 4932, p. 624-636 (2003) |