《光熱透鏡法弱吸收率測(cè)試儀》

ICS號(hào)

中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)分類號(hào)

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)

代替的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)

光熱透鏡法弱吸收率測(cè)試儀

Photothermal-LensingAbsorptionMeasuring

Instrument(PLI)

xxxx-xx-xx發(fā)布xxxx-xx-xx實(shí)施

中國(guó)光學(xué)光電子行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布

T/COEMA****—2022

光熱透鏡法弱吸收率測(cè)試儀

1范圍

本文件給出了光熱透鏡法弱吸收率測(cè)試儀（PLI）的原理、要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)志、

包裝、運(yùn)輸及貯存、質(zhì)量保證等。

本文件適用于透射式探測(cè)構(gòu)型的光熱透鏡法弱吸收率測(cè)試儀（PLI）對(duì)激光晶體、元件的表面吸

收（或薄膜吸收）、體吸收（以下簡(jiǎn)稱“儀器”）。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)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(duì)應(yīng)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/T1.1-2020標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則

GB/T1.2-2020標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第2部分：以ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)化文件為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)化文件起草規(guī)

則

GB/T12519-2021分析儀器通用技術(shù)條件

GB/T13384-2008機(jī)電產(chǎn)品包裝通用技術(shù)條件

GB/T13966-2013分析儀器術(shù)語(yǔ)

GB/T15313-2008激光術(shù)語(yǔ)

GB/T18883-2022室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

GB/T25480-2010儀器儀表運(yùn)輸、貯存基本環(huán)境條件及試驗(yàn)方法

GB/T25915.1-2021潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境第1部分：按粒子濃度劃分空氣潔凈度等級(jí)

GB/T29252-2012實(shí)驗(yàn)室儀器和設(shè)備質(zhì)量檢驗(yàn)規(guī)則

GB/T3102.6-1993光及有關(guān)電磁輻射的量和單位

GB7247.1-2012激光產(chǎn)品的安全第1部分：設(shè)備分類、要求

RB/T047-2020檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)管理和技術(shù)能力評(píng)價(jià)設(shè)施和環(huán)境通用要求

ISO23701:2023Opticsandphotonics—Laserandlaser-relatedequipment—Photothermaltechnique

forabsorptionmeasurementandmappingofopticallasercomponents（激光器和激光相關(guān)設(shè)備激光光學(xué)

元件吸收分布測(cè)量光熱成像法）

3術(shù)語(yǔ)

1

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GB/T15313、GB/T13966-2013界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

3.1光熱透鏡法弱吸收率測(cè)試儀Photothermal-LensingAbsorptionMeasuringInstrument(PLI)

通過(guò)表面熱透鏡法檢測(cè)激光晶體和光學(xué)元件的弱吸收特性的設(shè)備。

3.2吸收absorption

激光光學(xué)元件吸收的輻射通量。

3.3吸收率absorptance

吸收輻射通量與輸入輻射通量的比值。

3.4吸收分布absorptiondistribution

吸收率分布absorptancedistribution

測(cè)量的吸收（3.1）/吸收率（3.2）與樣品位置的函數(shù)。

3.5重復(fù)性repeatability

用相同的方法、相同的式樣，在相同的條件下測(cè)得的一系列結(jié)果之間的一致程度，用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)

差RSD表示。

3.6穩(wěn)定性

在規(guī)定工作條件下，輸入保持不變，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)儀器示值保持不變的能力，用相對(duì)極差RR表

示。

4原理

光熱透鏡法弱吸收率測(cè)試儀（PLI）利用一束泵浦激光照射樣品表面，樣品產(chǎn)生表面形變分布或

體內(nèi)折射率梯度分布，形成熱透鏡效應(yīng)。同時(shí)用另一束探測(cè)激光照射在樣品同一區(qū)域時(shí)，探測(cè)激光

的中心光強(qiáng)的變化可作為光熱信號(hào)。校準(zhǔn)由光電探測(cè)器探測(cè)得的光熱信號(hào)，通過(guò)信號(hào)處理、數(shù)據(jù)分

析獲得被測(cè)樣品的吸收值。

透射構(gòu)型的光熱透鏡法弱吸收率測(cè)試儀使泵浦光束與探測(cè)光束的交點(diǎn)沿著樣品深度方向運(yùn)動(dòng)，

可區(qū)分測(cè)量表面吸收和體吸收。用該交點(diǎn)對(duì)樣品進(jìn)行二維或三維掃描測(cè)量，可繪制樣品吸收或吸收

率的二維或三維分布圖。

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標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：

1.泵浦光源8.反射鏡

2.斬波器9.探測(cè)光源

3.激光衰減器10.待測(cè)樣品

4.反射鏡11.樣品位移平臺(tái)

5.透鏡（XY調(diào)整）12.功率計(jì)

6.反射鏡13.光電探測(cè)器

7.透鏡14.鎖相放大器

圖1透射式PLI光路圖

5要求

5.1儀器正常工作條件

儀器在下列條件下應(yīng)能正常工作：

a)環(huán)境溫度15℃~35℃；

b)相對(duì)濕度30%~65%；

c)無(wú)明顯煙塵；

d)無(wú)影響儀器使用的振動(dòng)和電磁干擾。

5.2使用性能

光熱透鏡法弱吸收率測(cè)試儀應(yīng)具有以下配置和功能：

a)泵浦光路系統(tǒng)、探測(cè)光路系統(tǒng)、樣品位移平臺(tái)、光電探測(cè)系統(tǒng)；

b)設(shè)定PLI控制單元中的各項(xiàng)控制參數(shù)：激光參數(shù)、運(yùn)動(dòng)掃描參數(shù)、校驗(yàn)參數(shù)；

c)數(shù)據(jù)采集、分析及處理軟件；

d)儀器校準(zhǔn)和故障診斷測(cè)試；

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5.3泵浦激光

a)連續(xù)/準(zhǔn)連續(xù)激光，偏振態(tài)由偏振器控制，激光波長(zhǎng)、入射角、偏振態(tài)與被測(cè)樣品的實(shí)際使

用情況一致；

b)功率通過(guò)衰減器可連續(xù)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)過(guò)程光斑輪廓不改變，使熱變形引起的光熱信號(hào)被探測(cè)

到且不損傷樣品；

c)光路中的功率計(jì)在長(zhǎng)時(shí)間掃描測(cè)量過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控激光功率；

d)泵浦光斑聚焦尺寸根據(jù)掃描測(cè)量區(qū)域大小、吸收掃描測(cè)量的空間分辨率和光熱信號(hào)信噪比

選擇。

5.4探測(cè)激光

a)連續(xù)波激光；

b)功率較小，在被測(cè)樣品中的吸收熱可忽略；

c)探測(cè)光斑在被測(cè)樣品表面或內(nèi)部?jī)墒饨徊鎱^(qū)域約為泵浦光斑的3倍。

5.5光學(xué)斬波器、鎖相放大器

光學(xué)斬波器對(duì)泵浦光束調(diào)頻進(jìn)行周期性調(diào)制，獲得光熱信號(hào)的最佳信噪比。

鎖相放大器的頻率應(yīng)與泵浦光束的調(diào)制頻率設(shè)置一致，時(shí)間常數(shù)根據(jù)時(shí)間分辨率要求和光熱信

號(hào)信噪比設(shè)置。

5.6性能特性

5.6.1重復(fù)性

重復(fù)性用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差RSD表示。要求同一樣品，在相同條件下連續(xù)測(cè)量10次，RSD≤5%。

5.6.2穩(wěn)定性

儀器穩(wěn)定性用極差RR表示，即測(cè)量過(guò)程最大值與最小值的差與平均值之比。RR≤10%。

5.7安全要求

a)根據(jù)GB7247.1-2012采取安全措施，設(shè)置防護(hù)罩、擋板，配帶激光防護(hù)眼鏡等；

b)按GB7247.1-20125.1~5.11的要求對(duì)儀器標(biāo)記。

5.8儀器外觀

a)儀器所有電鍍表面不應(yīng)有脫皮現(xiàn)象；

b)噴漆或噴塑表面應(yīng)色澤均勻，不應(yīng)有明顯的擦傷、露底、裂紋、起泡現(xiàn)象；

c)外露零部件結(jié)合處應(yīng)整齊，無(wú)粗糙不平現(xiàn)象；

d)面板上的文字、符號(hào)、標(biāo)志應(yīng)端正清晰。

5.9運(yùn)輸、運(yùn)輸貯存

吸收儀在包裝狀態(tài)下，貯存地點(diǎn)及周圍環(huán)境不應(yīng)有腐蝕性氣體，環(huán)境溫度、空氣相對(duì)濕度符合

GB/T25480-2010第3章的規(guī)定。室內(nèi)保持空氣流通，地面干凈。全部實(shí)驗(yàn)完成后，將儀器至于正常

工作條件下進(jìn)行檢驗(yàn)，應(yīng)符合5.2~5.5要求。

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6試驗(yàn)方法

6.1試驗(yàn)條件

a)試驗(yàn)均應(yīng)在5.1規(guī)定的條件下進(jìn)行；

b)實(shí)驗(yàn)前儀器配置激光器應(yīng)開機(jī)至少預(yù)熱30min，保持輸出穩(wěn)定；

c)設(shè)置鎖相放大器參數(shù)、斬波器頻率，滿足5.5;

6.2校準(zhǔn)

6.2.1泵浦校準(zhǔn)

泵浦激光校準(zhǔn)。泵浦光束與探測(cè)光束調(diào)至同一高度，泵浦光束與探測(cè)光束焦點(diǎn)落在交點(diǎn)上。探

測(cè)光束對(duì)準(zhǔn)光電探測(cè)器，測(cè)得最大信號(hào)值。調(diào)節(jié)圖1中5泵浦聚焦透鏡的XY調(diào)整軸，至功率計(jì)在

橫軸與縱軸獲得最大信號(hào)值。

6.2.2標(biāo)片校準(zhǔn)

標(biāo)片的熱物理性質(zhì)與被測(cè)樣品相同，不含有任何非線性吸收成分。標(biāo)片使用NewportFRQ-

ND02金屬中性密度濾光片。

與被測(cè)樣品相同實(shí)驗(yàn)條件下，重復(fù)5次測(cè)量標(biāo)片，結(jié)果取平均值，與標(biāo)稱吸收率測(cè)量偏差≤

10%。

6.3試驗(yàn)過(guò)程

通過(guò)電控掃描平移臺(tái)控制被測(cè)樣品的位置。在控制軟件中設(shè)置被測(cè)樣品的掃描測(cè)量區(qū)域和掃描

步長(zhǎng)，對(duì)樣品進(jìn)行光熱掃描測(cè)量，記錄每個(gè)掃描位置所對(duì)應(yīng)的光熱信號(hào)幅值和相位。光熱信號(hào)幅值

分布代表了被測(cè)樣品的吸收分布。對(duì)標(biāo)片進(jìn)行校準(zhǔn)后，用已知絕對(duì)吸收率值的標(biāo)片對(duì)光熱信號(hào)幅值

進(jìn)行標(biāo)定，利用式（1）~（2）計(jì)算被測(cè)樣品的吸收率絕對(duì)值：

?=??∕???................................................................（1）

?=(?/?0)?(?/?0)??0......................................................（2）

式中：

?光熱信號(hào)幅值?待測(cè)樣品吸收率

?0標(biāo)片標(biāo)定時(shí)光熱信號(hào)幅值?0標(biāo)片吸收率

??光電探測(cè)器測(cè)得探測(cè)光束光強(qiáng)變化?樣品測(cè)量時(shí)泵浦光功率

???表示探測(cè)光的直流量?0標(biāo)片標(biāo)定時(shí)泵浦光功率

6.3.1表面（膜層）吸收和體（基板）吸收測(cè)量

按6.2.2對(duì)基體標(biāo)片校準(zhǔn)，樣品運(yùn)動(dòng)平臺(tái)按測(cè)試需求沿樣品深度方向運(yùn)動(dòng)，對(duì)樣品進(jìn)行一維掃描

測(cè)量，得到被測(cè)樣品的吸收/吸收率的沿深度的分布。

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標(biāo)定接近鍍膜表面的最大光熱信號(hào)幅值，計(jì)算表面（膜層）吸收。

標(biāo)定遠(yuǎn)離鍍膜表面的在基板內(nèi)部的光熱信號(hào)幅值，計(jì)算體（基板）吸收。

6.3.2二維/三維吸收分布測(cè)量

按6.2.2進(jìn)行標(biāo)片校準(zhǔn)，樣品運(yùn)動(dòng)平臺(tái)按測(cè)試需求在二維/三維運(yùn)動(dòng)，對(duì)樣品進(jìn)行二維/三維掃描

測(cè)量，得到被測(cè)樣品的吸收/吸收率的二維/三維分布。

6.3.3新泵源測(cè)量

更換泵浦光源后按照6.2.1進(jìn)行泵浦光源校準(zhǔn)，根據(jù)測(cè)試需求按照6.3.1~6.3.2進(jìn)行測(cè)量。

6.4重復(fù)性

儀器的重復(fù)性用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差表示，用式（3）計(jì)算：

n

(NN)2

11i

RSDi1100%

NNn1........................................（3）

式中：

N測(cè)量次數(shù)；

Nn次測(cè)量的平均計(jì)數(shù)值；

Ni第i次測(cè)量的計(jì)數(shù)值。

6.5穩(wěn)定性

儀器的重復(fù)性用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差表示，用式（4）計(jì)算：

???

??=??????×100%.....................................................（4）

??

式中：

????測(cè)量過(guò)程中的測(cè)量結(jié)果最大值；

????測(cè)量過(guò)程中的測(cè)量結(jié)果最小值；

測(cè)量過(guò)程中的測(cè)量結(jié)果平均值。

7檢驗(yàn)規(guī)則

7.1檢驗(yàn)分類

儀器的檢驗(yàn)分為出廠檢驗(yàn)和型式檢驗(yàn)。

7.2出廠檢驗(yàn)

a)每臺(tái)儀器應(yīng)經(jīng)檢驗(yàn)合格，并附有儀器合格證方能出廠。

b)出廠檢驗(yàn)按報(bào)表1要求進(jìn)行。

7.3型式檢驗(yàn)

凡屬于下列情況之一者，應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行型式檢驗(yàn)：

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a)新儀器或者老儀器轉(zhuǎn)廠生產(chǎn)的試制定型鑒定；

b)正式生產(chǎn)后，如結(jié)構(gòu)、材料、工藝有較大改變，可能影響儀器性能時(shí)；

c)儀器長(zhǎng)期停產(chǎn)，恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)；

d)正常生產(chǎn)，按周期進(jìn)行型式檢驗(yàn)；

e)出廠檢驗(yàn)結(jié)果與上次型式檢驗(yàn)有較大差異時(shí)；

f)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)提出進(jìn)行型式檢驗(yàn)要求時(shí)。

g)用戶提出進(jìn)行型式檢驗(yàn)的要求時(shí)。

表1PLI出廠檢驗(yàn)和型式檢驗(yàn)

序號(hào)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)條款檢驗(yàn)方案出廠檢驗(yàn)型式檢驗(yàn)

1重復(fù)性（RSD）5.7.16.3.4

2穩(wěn)定性（RR）5.7.26.3.5

3安全防護(hù)5.8目視

4儀器外觀5.9目視

5儀器成套性5.10目視

8標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸及貯存

8.1標(biāo)志

每臺(tái)吸收儀應(yīng)在主機(jī)外殼的明顯位置固定銘牌(標(biāo)志)，其內(nèi)容包括下列各項(xiàng):

a)制造廠名稱；

b)儀器型號(hào)；

c)儀器名稱；

d)商標(biāo)；

e)制造日期或出廠編號(hào)。

8.2包裝

8.2.1儀器包裝應(yīng)符合GB/T13384中防潮、防震包裝規(guī)定。

8.2.2儀器裝箱應(yīng)具備以下條件：

a)裝箱單；

b)使用說(shuō)明書；

c)質(zhì)量合格證。

8.3運(yùn)輸及貯存

8.3.1運(yùn)輸

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儀器在包裝完整的情況下,可用一般的交通工具運(yùn)輸。運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)按印刷的運(yùn)輸標(biāo)志要求進(jìn)行

運(yùn)輸作業(yè)，應(yīng)防止雨淋、翻倒、曝曬及劇烈沖擊。

8.3.2貯存

吸收儀在包裝狀態(tài)下，貯存地點(diǎn)及周圍環(huán)境不應(yīng)有腐蝕性氣體，環(huán)境溫度、空氣相對(duì)濕度符合

GB/T25480-2010第3章的規(guī)定。室內(nèi)保持空氣流通，地面干凈。

9質(zhì)量保證

在用戶遵守保管和使用原則的條件下，儀器自發(fā)貨之日起12個(gè)月內(nèi)，因制造質(zhì)量不良而不能正

常工作時(shí)，制造廠應(yīng)無(wú)償為用戶修理或更換零部件（不包括易損易耗件的調(diào)換）。

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參考文獻(xiàn)

[1]GB/T1.1-2020標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則

[2]GB/T1.2-2020標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第2部分：以ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)化文件為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)化文件起

草規(guī)則

[3]GB/T3102.6-1993光及有關(guān)電磁輻射的量和單位

[4]GB/T15313-2008激光術(shù)語(yǔ)

[5]RB∕T047-2020檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)管理和技術(shù)能力評(píng)價(jià)設(shè)施和環(huán)境通用要求

[6]GB/T18883-2022室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

[7]GB/T25915.1-2021潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境第1部分：按粒子濃度劃分空氣潔凈度等級(jí)

[8]GB7247.1-2012激光產(chǎn)品的安全第1部分：設(shè)備分類、要求

[9]ISO23701:2023Opticsandphotonics—Laserandlaser-relatedequipment—Photothermal

techniqueforabsorptionmeasurementandmappingofopticallasercomponents

[10]GB/T12519-2021分析儀器通用技術(shù)條件

[11]GB/T13966-2013分析儀器術(shù)語(yǔ)

[12]GB/T13384-2008機(jī)電產(chǎn)品包裝通用技術(shù)條件

[13]GB/T25480-2010儀器儀表運(yùn)輸、貯存基本環(huán)境條件及試驗(yàn)方法

[14]GB/T29252-2012實(shí)驗(yàn)室儀器和設(shè)備質(zhì)量檢驗(yàn)規(guī)則

[15]李斌成,王靜,RISTAUDetlev.激光薄膜特性參數(shù)測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展(特邀)[J].光子學(xué)報(bào),

2022,51(9):10.

[16]AlexandrovskiA,FejerM,MarkosianA,etal.Photothermalcommon-pathinterferometry(PCI):

newdevelopments[J].ProceedingsofSPIE-TheInternationalSocietyforOpticalEngineering,

2009,7193.DOI:10.1117/12.814813.

[17]胡海洋,范正修,趙強(qiáng).表面熱透鏡技術(shù)探測(cè)光學(xué)薄膜的微弱吸收[J].光學(xué)學(xué)報(bào),2001,

21(2):5.DOI:10.3321/j.issn:0253-2239.2001.