TICZRX 001-2024 激光設備光學部件耐久性分級方法 保護鏡片

ICS31.260CCSL51T/CZRX001-2024激光設備光學部件耐久性分級方法:保護鏡片MethodforgradingthedurabilityofopticalIT/CZRX001-2024 I前言 12規(guī)范性引用文件 13術語與定義 13.1激光設備laserequipment 13.2保護鏡片laserprotectionlenses 13.3耐久性endurance 13.41對1測試1-on-1test 13.5靶平面targetplane 23.6脈寬pulseduration 23.7波長wavelength 23.8有效面積effectivearea 24要求 24.1測量數(shù)據(jù)的符號及單位 24.2檢驗次序 25試驗方法 25.1一般實驗條件 25.2激光損傷測試原理 25.3測試裝置 35.3.1激光器 35.3.2可變衰減器和光束傳輸系統(tǒng) 35.3.3匯聚系統(tǒng) 35.3.4試樣架 45.4測試方法 45.5LIDT計算公式 45.5.1連續(xù)波激光器LIDT 45.5.2脈沖波激光器LIDT 56保護鏡片耐久性等級劃分 5參考文獻 6T/CZRX001-2024本標準按照GB/T1.1—2020給出的規(guī)則起草。本標準由常州市工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司提出。本標準由常州市軟件協(xié)會歸口。本標準起草單位:江蘇鑫和利精工有限公司、常州市工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司、無錫慶源激光科技有限公司、常州常匯塑料科技有限公司、常州天正技工學校、常州市軒菁模塑有限公司、常州市宏遠電子有限公司、常州協(xié)恩精密機械有限公司、常州歐超諾機械有限公司。本標準主要起草人:張翀昊、夏旺、曾軍河、陳志明、卞黎佳、王雯、謝飛、陸豪、曹珂、李敏、陳偉、蔣小飛、遠亞輝、唐文峰、杜宜超。本標準為首次制定。1T/CZRX001-2024激光設備光學部件耐久性分級方法:保護鏡片本文件規(guī)定了激光設備保護鏡片產(chǎn)品制定耐久性分級評價標準的技術要求、檢測方法和等級劃分。本標準適用于激光設備保護鏡片（以下簡稱保護鏡片）。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T15313-2008激光術語(ISO11145.2006,MOD)。GB/T16601.1-2017激光器和激光相關設備激光損傷閾值測試方法第1部分:定義和總則(IS021254-1:2011,MOD)。GB/T16601.4-2017激光器和激光相關設備激光損傷閾值測試方法第4部分:檢查、探測和測量(ISO/TR21254-4:2011,MOD)。3術語與定義GB/T15313-2008、GB/T16601.1-2017、GB/T16601.4-2017界定的及下列術語和定義適用于本文件。3.1激光設備laserequipment激光設備(也稱激光加工設備)是激光加工技術的載體，主要由光學系統(tǒng)、機械系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)組成，以激光器為核心，利用激光加工技術改造傳統(tǒng)制造業(yè)的設備。主要產(chǎn)品包括各類激光打標機、焊接機、切割機、劃片機、雕刻機、熱處理機、三維成型機以及毛化機等。3.2保護鏡片laserprotectionlenses防止灰塵以及熔渣飛濺損壞激光頭內部鏡片的光學部件。3.3耐久性endurance保護鏡片在壽命期內的正常工作條件下，能夠正常運行并耐受激光損傷的極限值，在本篇標準中，保護鏡片耐久性以激光誘導損傷閾值為準，激光誘導損傷閾值（Laser-InducedDamageThreshold，簡稱LIDT）是鏡片能承受的閾值功率密度或閾值能量密度，當超過該值，保護鏡片將被損壞。3.41對1測試1-on-1test在測試樣品表面每個測試點只進行一次激光輻照的損傷閾值測試過程。2T/CZRX001-20243.5靶平面targetplane過入射激光光軸與測試樣品表面的交點，與測試樣品表面相切的平面。3.6脈寬pulseduration激光功率維持在一定值時所持續(xù)的時間。3.7波長wavelength波在一個振動周期內傳播的距離。3.8有效面積effectivearea靶平面內激光脈沖能量與激光脈沖的最大能量密度的比值。4要求4.1測量數(shù)據(jù)的符號及單位測量數(shù)據(jù)的符號和單位見表1。表1測量數(shù)據(jù)的符號和單位序號符號單位名稱1QJ脈沖能量2PW功率3EW/cm2閾值功率密度4HJ/cm2閾值能量密度5cm2靶平面上的有效面積6W/cm2最大功率密度7J/cm2最大能量密度4.2檢驗次序本部分給出的檢驗項目的順序并不限定檢驗的實際次序。既可以先采用脈沖波激光器對樣品進行檢測，也可以先采用連續(xù)波激光器進行檢測。5試驗方法5.1一般實驗條件本文件試驗均在下列條件下進行。a）環(huán)境溫度為22℃,-10℃~40℃不影響檢測結果；b）相對濕度為45%，30%~80%相對濕度不影響檢測結果。5.2激光損傷測試原理激光損傷測試原理如下圖所示：365 5.3.1激光器其重復頻率為20Hz,脈寬為10ns。4T/CZRX001-20245.3.4試樣架測試平臺應配備一個調節(jié)架，在測試樣品的尺寸范圍內和測試點之間的距離具有足夠高的精度，通過他可以精確地調整對準測試樣品上的測試點。試樣架應具有測試樣品從試樣架卸下進行分析，并且可以重新安裝在相同位置的功能。5.4測試方法采用1對1測試法，具體過程如下：將測試樣品安裝在調節(jié)架上，入射角為0°。經(jīng)分光鏡對入射激光束進行采樣，使采樣激光束入射到光束診斷裝置，該光束診斷裝置可測定激光束的脈沖能量。將一臺激光器（要求參照5.3.1）輸出平頂光束激光光源，通過可變衰減器調整到期望的脈沖能量或連續(xù)功率，會聚到測試樣品上5s。對同一生產(chǎn)批次的保護鏡片抽取20個作為測試樣本，并分為兩組，每組包含10個樣品。對于第一組，使用連續(xù)波激光器對這10個樣品依次進行測試。測試過程中，一旦在線損傷探測系統(tǒng)檢測到樣品出現(xiàn)損傷，便記錄下發(fā)生損傷時的激光功率，并據(jù)此計算出這一組樣品的LIDT。同樣的方法，第二組樣品則通過脈沖波激光器進行測試，在損傷發(fā)生時記錄脈沖能量，以此計算該組的LIDT值。為剔除異常值影響，對第一組的LIDT值進行篩選，去除一個最高值和一個最低值后，使用剩余的8個值計算LIDT平均值。將該平均值對照表2，得出第一組的評分，記為。采用同樣的方法處理第二組樣品，將第二組計算得到的平均值對照表3得出評分，記為。表2連續(xù)波激光器下保護鏡片LIDT評分LIDT（W/cm2)評分864表3脈沖波激光器下保護鏡片LIDT評分LIDT（J/cm2)評分8645.5LIDT計算公式5.5.1連續(xù)波激光器LIDT連續(xù)波激光下的保護鏡片LIDT值計算公式用（1）表示。=……………………（1）5T/CZRX001-20245.5.2脈沖波激光器LIDT脈沖波激光下的保護鏡片LIDT值計算公式用（2）表示。=……………………（2）對于連續(xù)激光，通過對二維功率密度空間分布E(x，y)(功率密度,連續(xù)激光)的積分可以確定總功率P與最大功率密度的比值,其中最大功率密度由光束空間分布的最大值給出。這一比值定義為光束的有效面積,用式(3)表示。==…………………（3）對于脈沖激光，通過對二維能量密度空間分布H(x,y)(能量密度,脈沖激光)的積分可以確定總的脈沖能量Q與最大能量密度的比值，其中最大能量密度是由光束空間分布的最大值給出。這一比值即為有效面積,用式(4)表示。==…………………（4）6保護鏡片耐久性等級劃分保護鏡片的耐久性等級共分為四級，其中A級代表最高的耐久性。耐久性等級的確定遵循以下步驟：首先，依照5.4節(jié)的測試方法對保護鏡樣品進行測試，得到和。其次，將和加權平均計算得出。鑒于連續(xù)波激光器對保護鏡片損傷閾值要求更高，在加權平均中的權重也相應更大，的計算公式用（5）表示。=7+3…………………（5）最后，將值與表4對照，得出該批次測試樣品的耐久性等級。表4保護鏡片耐久性等級A級B級D級綜合評分90≤≤10080≤＜9060≤＜8040≤＜606T/CZRX001-2024參考文獻[1]GB/T15313-2008激光術語(ISO11145.2006,MOD)。[2]GB/T16601.1-2017激光器和激光相關設備激光損傷閾值測試方法第1部分:定義和總則(IS021254-1:2011,MOD)。[3]GB/T16601.1-2017激光器和激光相關設備激光損傷閾值測試方法第2部分:閾值確定(ISO21254-2:2011,MOD)。[4]GB/T16601.4-2017激光器和激光相關設備激光損傷閾值測試方法第4部分:檢查、探測和測量(ISO/TR21254-4:2011,MOD)。[5]GB/T1185光學零件表面疵病(GB/T1185-2006,ISO10110-7:1996,NEQ)。[6]GB/T26599.1激光和激光相關設備激光光束寬度、發(fā)散角和光束傳輸比的試驗方法第1部分:無像散和簡單像散光束(GB/T26599.1-2011,ISO11146-1:2005,IDT)。[7]ISO10110-17，Opticsandphotonics-Preparationofdrawingsforopticalelementsandsystems-Part17:Laserirradiationdamagethreshold。[8]ISO/TR11146-3，Lasersandlaser-relatedequipment-Testmethodsforlaserbeamwidths，divergenceanglesandbeampropagationratios-Part3:Intrinsicandgeometricallaserbeamclassification,propagationanddetailsoftestmetho