激光器和激光相关设备光腔衰荡高反射率测量方法.docx
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激光器和激光相关设备光腔衰荡高反射率测量方法
激光器和激光相关设备光腔衰荡高反射率测量方法
编制说明
（征求意见稿）
《激光器和激光相关设备光腔衰荡高反射率测量方法》编写组
2017年6月
激光器和激光相关设备光腔衰荡高反射率测量方法
编制说明
1工作概况
1.1任务来源
根据国标委《国家标准委关于下达2017年第一批国家标准制修订计划的通知》（国标委[2017]55号），2017年应完成《激光器和激光相关设备光腔衰荡高反射率测量方法》的编制工作，制定计划号为20170326-T-518。
1.2起草单位
本标准主要起草单位为电子科技大学。
中国科学院光电技术研究所、中国兵器工业标准化研究所、中国工程物理研究院应用电子学研究所、中国工程物理研究院激光聚变研究中心、中国科学院大连化学物理研究所、西南技术物理研究所。
本部分起草单位及承担工作见表1。
表1起草单位及承担工作
起草单位
承担任务
电子科技大学
主要起草，承担了标准的主要起草任务
中国科学院光电技术研究所
协助起草，从技术角度对标准草案进行校核、完善
中国兵器工业标准化研究所
组织协调标准编制工作；
协助起草，从标准化角度对标准草案进行校核、完善
中国工程物理研究院应用电子学研究所、中国工程物理研究院激光聚变研究中心
协助起草，从技术角度对标准草案进行校核、完善
中国科学院大连化学物理研究所
协助起草，从技术角度对标准草案进行校核、完善
西南技术物理研究所
协助起草，从技术验证角度对标准草案进行校核、完善
1.3主要工作过程
2017年5月，由中国兵器工业标准化研究所组织、电子科技大学牵头，成立了《激光器和激光相关设备光腔衰荡高反射率测量方法》编制组，制定了如下工作计划：
a）2017年7月，完成标准征求意见稿及编制说明；
b）2017年8月～10月，广泛征求意见，包括相关企业、研究院所、高校及标技委委员，形成《标准意见汇总处理表》；
c）2017年11月，根据反馈意见，主编单位进行修改，形成标准送审稿及编制说明，召开审查会；
d）2017年11月～12月，修改完善，形成标准报批稿及编制说明，待标技委讨论通过后，按要求上报。
2017年3月，标准编制组在电子科技大学召开了第一次工作会议，讨论、修改了标准编制大纲。
2017年4月，主要编制人员对标准草案进行了认真研究，针对性地查阅了相关国内标准，如专业术语、行业规定等；调研了与标准内容相关的国内技术状况；在充分理解标准所描述的测试方法原理的基础上，对标准草案进行了修改，形成标准讨论稿。
2017年5月，组织编制组成员集中开会讨论，对标准讨论稿逐条逐句进行了研讨，经过讨论形成修改意见。
2017年6月，根据会上讨论意见，并结合标准其他部分，将讨论稿进行了补充完善，
2017年7月，由电子科技大学组织，联合兵器标准化研究所及其他参编单位对本部分编写的规范性、词语翻译的准确性进行了充分探讨。
本标准经完善后，形成了征求意见稿。
2.编制原则和主要内容
2.1编制依据
本标准以ISO13142:
2015（E）为基础，与其一致性程度为“等同采用”；采用国际标准按GB/T20000.2－2009《标准化工作指南第2部分：
采用国际标准》的规定；编写规则按GB/T1.1－2009《标准化工作导则第1部分：
标准的结构和编写》的规定。
2.2编制原则
统一性——标准各部分的文体和术语应保持一致，相同条款应使用相同措辞表述。
协调性——标准各部分的内容应相辅相成，自成体系。
适用性——标准的内容应便于实施，具有可操作性。
一致性——本标准为国际标准的转换，起草时应尽可能与国际标准保持一致。
规范性——本标准的编写规则应遵循GB/T1.1－2009和GB/T20000.2
－2009的规定。
2.3主要内容
2.3.1概述
国际标准化组织（ISO）在光学元件反射率的测试方面，在2001年出版了ISO15368:
2001（E）《光学和光学仪器平面元件表面反射率和平行平面元件透过率测量》，规定了基于分光光度技术的光学元件反射率和透过率测量方法，其典型重复性测量精度为±0.1%。
2006年出版了ISO13697:
2006（E）《光学和光子学激光器和激光相关设备激光光学元件镜面反射率和常规透过率测试方法》，规定了基于激光比率法的激光光学元件反射率和透过率测试方法，其最高反射率重复性测量精度可达±0.01%，但方法构型复杂，标定困难，可操作性不强。
针对快速发展的高反射率测量及标准化需求，2015年国际标准化组织出版发行了ISO13142:
2015（E）《电子光学系统光腔衰荡高反射率测量技术》，主要针对高反射率（≥99%）的测量。
该标准基于光腔衰荡技术，系统地规定了高反射率的测试方法。
目前，国内在高反射率测试方面无国家标准。
本标准是根据国际标准ISO13142:
2015《电子光学系统光腔衰荡高反射率测量技术》（英文版，2015年7月1日出版）而制定的，在技术内容上与国际标准ISO13142：
2015（E）一致性程度为等同采用。
本标准的结构与ISO13142：
2015（E）完全相同，与ISO13142：
2015（E）相比改动如下：
a）修改了标准名称中的“技术”（technique）为“方法”；
b）删除了ISO13142：
2015的前言部分，根据GB/T1.1－2009和GB/T20000.2－2009对前言进行了重新编写；
c）在规范性引用文件中，用采用国际标准的我国标准代替对应的国际标准。
关于规范性引用文件，本标准做了具有技术性差异的调整，以适应我国的技术条件，具体调整如下：
1）用修改采用国际标准的GB/T15313代替ISO11145；
2）用等同采用国际标准的GB/T25915.1代替ISO14644-1；
d）编辑性修改。
1）中英文表达方式有很大不同。
如果完全等同翻译，会影响读者对标
准的阅读理解，不利于标准的推广应用。
编制组在不改变ISO标准原
文技术内容的前提下，按照中文表达习惯进行了修改；
2）中英文标准的编制规则不同，编制组在不改变ISO标准原文技术内
容的前提下，按GB/T1.1的相关规定对本部分的格式进行了编辑性
修改。
2.3.2主要技术内容说明
2.3.2.1概述
本标准规定了反射率高于99%的反射光学元件的反射率测量方法-光腔衰荡法，主要给出了光腔衰荡技术测量高反射率的测试原理、方法及装置组成、测量流程及数据处理方法、误差分析以及检测报告格式等。
第1-3章分别规定了本标准的范围、规范性引用文件、术语和定义、使用符号和度量单位。
第4章规定了光腔衰荡技术测量高反射率的原理和反射率计算公式，具体描述了脉冲光腔衰荡技术、连续光腔衰荡技术以及光反馈光腔衰荡技术测量高反射率的基本构型。
第5章规定了测试准备和测试系统，具体描述了光腔衰荡高反射率测试系统的主要组成单元。
第6章规定了光腔衰荡高反射率测量的测试步骤，具体规定了腔镜反射率和测试样品反射率的测量和计算步骤及测量结果的评估过程。
第7章分析了主要误差因素，规定了降低测量误差的数据处理方法。
第8章规定了测试报告内容，应包括测试机构信息、测试样品信息、测试设备信息、测试和评估信息、误差来源和测试结果。
附录A说明了反射率测试结果可靠性检测试验方法，是资料性附录。
附录B给出了测试报告格式示例，是资料性附录。
2.3.2.2原理和方法
传统反射率测量技术（分光光度法和激光比率法）的原理是测量测试样品反射引起的光功率的相对变化，其测量精度受光源输出功率波动限制。
而光腔衰荡技术则通过测量被陷在由至少两个高反镜组成的衰荡腔中激光功率的衰减速率来实现测量，测量结果完全不受光源功率波动的影响，测量精度可远高于由光源功率波动带来的限制。
通过分别测量不包含和包含测试样品的衰荡腔（初始腔和测试腔）信号的衰荡时间，即可获得测试样品的反射率。
根据使用的激光光源工作模式的不同，光腔衰荡高反射率测量可采用脉冲光腔衰荡技术、连续光腔衰荡技术和光反馈光腔衰荡技术构型。
2.3.2.3系统组成
光腔衰荡高反射率测试设备由激光光源、模式匹配光学、衰荡腔、探测单元和数据采集和处理单元等独立功能部分组成。
2.3.2.4测试步骤和结果评估
测试样品反射率的测试步骤包括搭建初始腔测试装置，测量初始腔衰荡时间并计算腔镜平均反射率，然后按照测试样品的使用角要求在测试腔中插入测试样品构成测试腔，测量测试腔衰荡时间并计算测试元件反射率，通常根据测量数据与理论曲线拟合的优劣程度评估测量误差，典型反射率测量误差约为（1-R）或（1-Rs）的百分之几（R和Rs分别为腔镜平均反射率和测试样品反射率）。
2.3.2.5误差因素分析
主要误差因素是仪器响应时间的影响，可采用多参数拟合法或数据截断法消除仪器响应时间对反射率测量结果的影响。
反射率测量误差主要来源于腔长（包括测试腔腔长和测试腔腔长）测量误差和衰荡时间（包括测试腔衰荡时间和测试腔衰荡时间）测量误差，并据此可估算反射率测量结果的典型重复性误差。
2.3.2.6测试报告
测试报告应包括测试机构信息、测试样品信息、测试设备信息、测试和评估信息、误差来源和测试结果。
作为测量数据记录载体资料，测试报告中的信息应完整、准确。
2.3.2.7测试结果可靠性检验试验方法
通过测量不同腔长时的反射率，如果反射率测量值在测量误差允许范围内与腔长无关，则反射率测量结果是可靠的。
另外，不同腔长时测量的衰荡时间应与腔长成正比关系，测试样品的反射率也可由这一正比关系的斜率计算得到。
如果这一反射率结果与不同腔长时的测量结果一致，也进一步说明了反射率测量结果的可靠性。
3主要试验（或验证）情况分析
本标准规定了反射率高于99%的反射光学元件的反射率测量方法-光腔衰荡法，主要给出了光腔衰荡法测量高反射率的测试原理及装置组成、测量流程及数据处理方法、误差分析以及检测报告格式等。
本标准所给出的光腔衰荡高反射率测量方法，是在国际国内广泛采用的，经实践检验被证实为测量反射率≥99.99%的唯一方法；其测试程序也是通用的、成熟的。
本标准在国内的实施将使各种激光系统中大量使用的反射率高于99%的反射光学元件的反射率测试方法在科研及生产中有章可循，规范测试结果的客观性、可靠性和可比性。
本标准高反射率测试方法的提出将有效促进国内极高性能反射光学元件和镀膜技术的发展。
由于有了科学的评价方法，可以通过反复的材料和镀膜工艺优化，实现极高反射率光学薄膜元件的制备。
本标准给出的术语和概念与GB/T15313－2008《激光术语》相关内容无冲突和重复情况。
4与国外同类标准水平的对比情况
本标准等同采用国际标准ISO13142：
2015（E）《电子光学系统光腔衰荡高反射率测量技术》（英文版）。
与高反射率测试方法的最新国际标准处于一致水平。
ISO13142是2012年立项、2015年出版实施的基于光腔衰荡技术的高反射率测试方法的国际标准，对高于99.9%的反射率，其测量精度比基于传统分光光度技术的反射率测试方法高2-3个数量级。
目前，从征求意见情况看，没有提及相关专利。
5与有关的现行法律、法规和强制性国家标准的关系
本部分的编写符合GB/T1.1－2009和GB/T20000.2－2009的编写规定和国内相关标准的规定。
作为国家标准，在与现行法规、国际、国内相关标准中内容协调一致的基础上，充分体现了技术上的先进性。
本标准为推荐性标准，与强制性国家标准无冲突。
6重大分歧意见和处理经过和依据
暂无。
7标准性质的建议
本标准中不涉及安全、环保等，建议作为推荐性国家标准进行出版发行。
8贯彻国家标准的要求和措施建议
近年来随着薄膜沉积技术的发展，光学薄膜，尤其是广泛应用于大型高功率激光装置、干涉引力波探测、激光陀螺、腔增强和腔衰荡光谱测量中的高反射薄膜的性能获得了极大的提高。
激光光学系统中需要用到一些反射率很高（高于99.9%甚至99.99%）的反射元件，必须精确测量其反射率（测量重复性精度达到0.001%甚至更低）。
基于光腔衰荡技术，本标准的测试方法和流程可实现激光光学元件的高反射率（大于99％，理论上可达100％）测量，且精度高、重复性和再现性好、可靠性高。
特别是大于99.9%的反射率的准确测量对发展高性能反射激光元件具有重要意义。
建议尽快将本标准批准、颁布实施，在国内激光薄膜领域推广应用。
9废止现行有关标准的建议
无。
10其他应予说明的事项
无。
11参考资料清单
［1］GB/T1.1－2009标准化工作导则第1部分：
标准的结构和编写规则
［2］GB/T15313－2008激光术语
［3］GB/T25915.1-2010洁净室及相关控制环境-第1部分：
空气洁净度分级
［4］GB/T20000.2－2009标准化工作指南第2部分：
采用国际标准
［5］GJB8149-2013光学元件超高反射率测量方法衰荡法
［6］ISO13142:
2015，Electro-opticalsystems—Cavityring-downtechniqueforhigh-reflectancemeasurement（电子光学系统光腔衰荡高反射率测量技术）
［7］ISO15368:
2001，Opticsandopticalinstruments—Measurementofreflectanceofplanesurfacesandtransmittancesofplaneparallelelements（光学和光学仪器平面元件表面反射率和平行平面元件透过率测量）
［8］ISO13697:
2006，Opticsandphotonics—Lasersandlaser-relatedequipment—Testmethodsforspecularreflectanceandregulartransmittanceofopticallasercomponents（光学和光子学激光器和激光相关设备激光光学元件镜面反射率和常规透过率测试方法）
[9]ISO80000–7,Quantitiesandunits—Part7:
Light
[10]AndersonD.Z.,FrischJ.C.,MasserC.S.Mirrorreflectometerbasedonopticaldecaytime[J].Appl.Opt.1984,23（8）pp.1238–1245
[11]DuparreA.&RistauD.Opticalinterferencecoatings2010measurementproblem[J].Appl.Opt.2011,50pp.C172–C177
[12]GongY.&LiB.Effectofinstrumentalresponsetimeinexponential-decaybasedcavityring-downtechniquesforhighreflectivitymeasurement[C].Proc.SPIE,2007,6720:
67201E-1–67201E-8
[13]GongY.,LiB.,HanY.Opticalfeedbackcavityring-downtechniqueforaccuratemeasurementofultra-highreflectivity[J].Appl.Phys.B.2008,93pp.355–360
[14]O’KeefeA.,&DeaconD.A.G.Cavityring-downopticalspectrometerforabsorptionmeasurementsusingpulsedlasersources[J].Rev.Sci.Instrum.1988,59（12）pp.2544–2551
[15]RomaniniD.,KachanovA.A.,SadeghiN.,StoeckelF.CWcavityringdownspectroscopy[J].Chem.Phys.Lett.1997,264pp.316–322
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