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激光能量计标准装置工作原理

2013.03.23 588 字号
   采用分光束法测量的激光能量标准装置主要由激光辐射源、分束器和标准能量计3部分组成。
 
  该标准装置的工作原理如图1所示。 激光源发出的光束经过楔形分束器后变成3束光束, 由两台标准激光能量计1、2同时测出副1光束和主光束脉冲能量,可以得到这两束光的能量比值。 同样方法得到副2光束与主光束的能量比。在光源和楔形分束器不动的情况下,3束光能量的分束比值是不变的。只要知道其中一束光的能量就可利用分束比得到其他两光束的能量。再用标准能量计和被测能量计同时探测两光束的能量,根据标准器探测的能量值和分束比可以得到被测能量计的标准值,由此标准值和被测能量计的测量值相比得到被测能量计的修正因子。

     测量实验
 
  测量过程中要注意使激光束垂直正入射到探测器接收面,被探测器全部接收。 
 
  实验测得主光束与副1光束和副2光束的分束比分别为22.926和24.622,这与理论计算的23.050和24.986是比较吻合的,细微差别可能是由于光散射和入射角所致。根据实验测得的主光束与副1光束和副2光束的分束比,我们也可以得到副1光束与副2光束的分束比1.074。
 
  把标准能量计放置在主光束光路上,把被测激光能量计放置在副1(或副2)光路中,测量结果如表3所示。
 
  从表3可以看出, 该被测激光能量计在自动挡的修正因子为1.00,相对标准偏差为0.3%。 实验测量得到的修正因子与中国计量科学研究院对该仪器证书给出的修正因子完全一致。 从表3还可以看出,标准能量计和被测能量计本身的能量测量重复性并不是很好,这很大程度上是由光源的不稳定造成的,有时甚至出现双脉冲输出, 分束测量法很巧妙地避免了这种原因造成的误差,从而降低了不确定度。
 
  三、不确定度分析
 
  在本标准装置中,系统的测量不确定度由配套光源的稳定性、分束器的分束比重复性、标准激光能量计引入的标准不确定度组成。而在对某一被测能量计的校准测量中,合成不确定度还应该包含标准激光能量计重复测量的不确定度和被测能量计重复测量的不确定度。按照基本理论前3项应该属于B类测量不确定度,后两项则属于A类测量不确定度。 需要指出的是, 分束器的分束比重复性在校准测量中,按照标准装置的已知固有属性使用,但是它的获得是通过重复测量统计结果得到的。
 
 1.标准配套激光源的稳定性引入的标准不确定度
 
  改造后的激光能量计标准装置采用分束测量的方法,使标准能量计和被测能量计同时接收光源发出的同一脉冲,消除了光源不稳定对测量的影响,因此,标准配套激光源的稳定性不确定度ub1可以忽略。
 
  2.分束器的分束比重复性引入的标准不确定度
 
  分束器分束比的测量重复性是影响系统测量不确定度的重要因素之一,在前面第2节的相关实验已确定,本系统的分束比测量重复性为0.25%,即
 
  ub2=0.25%      (1)
 
  3.标准激光能量计引入的标准不确定度
 
  中国计量科学研究院对本装置中使用的标准器给出的检定证书中,指出该标准能量计的扩展不确定度为U=3%(k=2),其标准不确定度为
 
  ub3=1.5%     (2)
 
  4.重复校准的测量不确定度
 
  重复校准的测量不确定度包含标准激光能量计重复测量的不确定度和被测能量计重复测量的不确定度两项。 如果分别对这两项进行计算再合成,就会把光源的不稳定性包含在内,由于采用分束测量法已经消除了光源不稳定造成的影响,所以分开计算会出现错误。 在这种情况下,只能是对最终校准给出的修正因子进行统计分析,从而得到重复校准的量不确定度。 根据前面第2节中修正因子的测量实验可以得到标准激光能量计重复测量的不确定度为0.3%,即
 
  ua=0.3%        (3)(以上有光纤激光切割机编辑整理自网络,详情见www.gnlaser.com)