JJG249—202310.1mW~200W激光功率計檢定規程1范圍本規程適用于0.1mW~200W功率范圍且0.3μm~11μm波長范圍內激光功率執行。2引用文件本規程引用下列文件:JJG2078激光功率計量器具檢定系統表GB/T11153—2012激光小功率計性能檢測方法凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本規程;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規程。3概述激光功率計是用于測量激光輻射功率量值的儀器。激光功率計通常由激光功率探測器和顯示儀表組成。其工作原理是激光輻射功率被激光功率探測器探測后,直接或間接轉變為電信號,在顯示儀表中經信號處理,顯示為被測激光功率量值,單位為W。激光功率計按測量原理可分為光電型和熱電型,按幾何構造可分為平面型和空腔型,按光譜響應特性可分為光譜響應選擇型和光譜響應平坦型,按是否具有自校準功能還可分為相對型和絕對型。4計量性能要求4.1接收面響應不均勻性:≤5%。4.2非線性:不超過±5%。4.3示值相對誤差:不超過±10%。5通用技術要求5.1標志被檢儀器應具有標牌,標明儀器的名稱、型號、制造廠商及出廠編號。5.2技術資料及附件應提供必要的技術資料、附件、配件。5.3外觀應無影響工作性能的電氣、光學及機械故障或損傷;各開關和按鍵應標志清晰、接觸良好、工作正常;屏幕應顯示清晰。JJG249—202326.1.2.2激光器(選配輸出功率穩定或監測系統)6.1.2.2激光器(選配輸出功率穩定或監測系統)功率范圍:0.1mW~200W;使用時若可能產生危險輻射,需有明確的防護要求或安全說明。6計量器具控制計量器具控制包括首次檢定、后續檢定和使用中檢查。6.1檢定條件6.1.1環境條件環境溫度:23℃±5℃,檢定期間內溫度變化不超過±2℃;相對濕度:≤80%;其他要求:檢定區域內應無影響測量結果的空氣波動、電磁干擾和背景輻射干擾。6.1.2計量標準器和主要設備6.1.2.1標準激光功率計按JJG2078中2.4和2.5的規定,標準激光功率計應滿足以下要求:功率范圍:0.1mW~200W;波長范圍:0.3μm~11μm(或特定波長);Urel≤1.6%(k=2),量程區間:(0.1W,200W]。相對擴展不確定度:Urel≤1.2%Urel≤1.6%(k=2),量程區間:(0.1W,200W]。波長:0.3μm~11μm波長范圍內的特定波長,波長變化不超過±2nm;輸出功率不穩定度或功率監測比不穩定度(0.5h):不超過±0.5%。6.1.2.3激光衰減器波長范圍:0.3μm~11μm(或特定波長)。注:使用激光衰減器時應注意其使用波長,入射功率不應超過其損傷閾值,保證激光衰減器與探測器及激光器出射窗口間無引起輻射危害的反射,無影響衰減量的干涉;當激光器、輸出功率穩定或檢測系統具有功率調節功能時,激光衰減器為非必備項。6.2檢定項目與檢定方法6.2.1檢定項目檢定項目見表1。表1檢定項目一覽表檢定項目首次檢定后續檢定使用中檢查外觀與功能檢查+++接收面響應不均勻性+--非線性+--示值相對誤差+++注:“+”表示須檢項目,“-”表示可不檢項目。JJG249—202336.2.2檢定方法6.2.2.1外觀與功能檢查按5.1~5.4規定的內容,采用目視觀察與手動試驗相結合的方法檢查。6.2.2.2接收面響應不均勻性檢定a.檢定裝置框圖接收面響應不均勻性檢定裝置框圖見圖1。圖1接收面響應不均勻性檢定裝置框圖b.檢定方法按圖1所示的框圖連接并調整檢定裝置。調整激光器或激光衰減器,使激光功率處于檢定量程內任一擋位的30%~80%之間,調整激光束垂直入射到被檢激光功率計接收面。按GB/T11153—2012中5.3.2的規定,檢定用激光束直徑應為被檢激光功率計接收面直徑或對角線的1/20~1/5,檢定區域直徑應不小于被檢激光功率計接收面直徑或對角線的1/3。分別沿水平和垂直方向等間距移動被檢激光功率計,記錄每一位置的被檢激光功率計示值,示值應扣除零點。各方向最少取3個等間隔測量點,且測量點數應為奇數。接收面響應不均勻性檢定參考測量點位置示意圖如圖2所示,其中實心點為參考的測量點位置,虛線點為可增加的測量點位置。圖2接收面響應不均勻性檢定參考測量點位置示意圖當激光器輸出功率穩定度達不到6.1.2.2的要求且無激光功率穩定系統時,應使用激光器輸出功率監測系統進行檢定,相應的檢定方法見附錄D。c.數據處理按公式(1)計算被檢激光功率計的接收面響應不均勻性:(1)ΔU=(1)式中:Pmax—被檢激光功率計測量各檢定位置的功率最大值;Pmin—被檢激光功率計測量各檢定位置的功率最小值;—P—被檢激光功率計測量各檢定位置的功率平均值。JJG249—202346.2.2.3示值相對誤差檢定a.檢定裝置框圖示值相對誤差檢定裝置框圖見圖3。圖3示值相對誤差檢定裝置框圖b.檢定方法按圖3所示的框圖連接并調整檢定裝置。調整激光器或激光衰減器使激光功率處于檢定功率范圍內,檢定量程內每10倍擋位至少檢定一個功率點。調整激光束分別垂直入射到標準激光功率計和被檢激光功率計接收面中心,且檢定用激光束直徑均小于標準激光功率計和被檢激光功率計的接收面直徑。必要時設置光闌,以確保通過光闌的激光功率均能被標準激光功率計和被檢激光功率計全部接收。采用被檢激光功率計→標準激光功率計→標準激光功率計→被檢激光功率計的順序交替測量同一激光束,被檢激光功率計和標準激光功率計分別至少測量3次,記錄激光功率標準值和被檢激光功率計示值,功率示值應扣除零點。c.數據處理按公式(2)計算被檢激光功率計的示值相對誤差:Δ=(2)式中:Pdut,i—被檢激光功率計第i次測量功率示值;Ps,i—標準激光功率計第i次測量功率標準值;n—測量次數,n≥3。按公式(3)計算被檢激光功率計的修正因子:C=,ii(3)6.2.2.4非線性檢定a.檢定方法按6.2.2.3的檢定裝置框圖和檢定方法,按公式(3)計算被檢激光功率計在檢定量程內每10倍擋位的修正因子,各修正因子的最大值和最小值分別記為Cmax和Cmin。b.數據處理按公式(4)計算被檢激光功率計在檢定量程內非線性的絕對值:ΔN=(4)JJG249—20235式中:Cmax—被檢激光功率計檢定量程內各擋位修正因子的最大值;Cmin—被檢激光功率計檢定量程內各擋位修正因子的最小值;—C—被檢激光功率計檢定量程內各擋位修正因子的平均值。6.3檢定結果的處理經檢定合格的激光功率計出具檢定證書;檢定不合格的激光功率計出具檢定結果通知書,并注明不合格項目。6.4檢定周期激光功率計檢定周期一般不超過1年。JJG249—20236附錄A檢定記錄格式原始記錄編號:證書編號:一、被檢儀器信息第頁/共頁送檢單位名稱送檢單位地址聯系人電話儀器名稱制造廠商儀器型號出廠編號二、檢定所用計量標準裝置名稱測量范圍不確定度證書編號有效期至三、檢定環境及地點溫度℃地點相對濕度%其他四、檢定項目及檢定結果1.外觀與功能檢查記錄檢查內容有無備注標志技術資料及附件外觀安全防護說明2.接收面響應不均勻性檢定記錄激光束直徑:mm測量點間隔:mm位置左中右上——中下——最大值:最小值:平均值:接收面響應不均勻性:%JJG249—20237第頁/共頁3.示值相對誤差檢定記錄波長:nm量程:W測量次數標準功率值被檢功率值示值相對誤差修正因子123平均值測量不確定度波長:nm量程:W測量次數標準功率值被檢功率值示值相對誤差修正因子123平均值測量不確定度4.非線性檢定記錄檢定量程擋位修正因子修正因子最大值:修正因子最小值:修正因子平均:非線性:檢定員:核驗員:檢定日期:年月日JJG249—20238附錄B檢定證書/檢定結果通知書內頁格式B.1檢定證書內頁格式第頁/共頁檢定證書編號:1.檢定所用計量標準裝置名稱測量范圍不確定度證書編號有效期至2.檢定環境及地點溫度℃地點相對濕度%其他3.檢定項目及檢定結果檢定波長:nm量程:W檢定項目檢定結果外觀與功能檢查接收面響應不均勻性非線性示值相對誤差測量不確定度檢定結論:檢定員:核驗員:檢定日期:年月日JJG249—20239B.2檢定結果通知書內頁格式第頁/共頁檢定結果通知書編號:1.檢定所用計量標準裝置名稱測量范圍不確定度證書編號有效期至2.檢定環境及地點溫度℃地點相對濕度%其他3.檢定項目及檢定結果檢定波長:nm量程:W檢定項目檢定結果檢定結論外觀與功能檢查接收面響應不均勻性非線性示值相對誤差測量不確定度檢定不合格項:不合格項說明:檢定員:核驗員:檢定日期:年月日JJG249—202310附錄C激光功率計示值相對誤差和修正因子檢定不確定度評定示例C.1測量模型激光功率計示值相對誤差檢定的測量模型為公式(C.1):Δ=Pdut-PsPs(C.1)激光功率計修正因子檢定的測量模型為公式(C.2):C=式中:Pdut—被檢激光功率計的測量示值;Ps—激光功率標準值。PsPdut(C.2)C.2不確定度來源激光功率計示值相對誤差和修正因子檢定的不確定度主要來自7個方面:標準激光功率計的不確定度、被檢激光功率計的重復性、被檢激光功率計的接收面響應不均勻性、被檢激光功率計的非線性、激光器輸出功率穩定度、背景輻射噪聲、環境溫度濕度等。其中,標準激光功率計的不確定度是輸入量Ps的影響量,由上級標準對其檢定的結果給出;被檢激光功率計的重復性、接收面響應不均勻性和非線性為輸入量Pdut的影響量,引入的不確定度由被檢儀器自身的計量性能決定;激光器輸出功率穩定度、背景輻射噪聲和環境溫度濕度影響輸入量Ps或Pdut,產生檢定激光功率計示值相對誤差和修正因子的不確定度。以上各不確定度分量互不相關,相對合成標準不確定度表示為公式(C.3):uc,rel=(c1·us)2+(c2·ur)2+(c2·uu)2+(c2·un)2+(c3·ul)2+(c3·ub)2+(c3·uh)2(C.3)式中:us—標準激光功率計的相對標準不確定度;ur—被檢激光功率計測量重復性引入的相對不確定度分量;uu—被檢激光功率計接收面響應不均勻性引入的相對不確定度分量;un—被檢激光功率計非線性引入的相對不確定度分量;ul—激光器輸出功率穩定性引入的相對不確定度分量;ub—背景雜散輻射引入的相對不確定度分量;uh—環境溫度濕度引入的相對不確定度分量;c1—功率標準值對相對合成標準不確定度影響的靈敏系數;c2—功率被檢示值對相對合成標準不確定度影響的靈敏系數;c3—檢定光源和環境條件對相對合成標準不確定度影響的靈敏系數。根據公式(C.1)和公式(C.2)可知,靈敏系數c1、c2和c3均為1。因此,相對JJG249—202311合成標準不確定度表示為公式(C.4):uc,rel=u+u+u+u+u+u+u(C.4)相對合成擴展不確定度表示為公式(C.5):Uc,rel=k·uc,rel(k=2)(C.5)C.3不確定度評定示例C.3.1標準激光功率計的相對標準不確定度根據計量標準的檢定證書,本次檢定采用的標準激光功率計的相對擴展不確定度Urel=1.2%(k=2)。因此,標準激光功率計的相對標準不確定度為us==0.60%。采用B類評定方法。C.3.2被檢激光功率計測量重復性引起的相對不確定度分量采用被檢定激光功率計對激光輻射源連續測量6次,測量結果見表C.1。表C.1被檢定激光功率計重復性測量結果測量次數123456測量結果/mW9.989.989.989.989.989.97根據6次測量結果,相對實驗標準差為0.04%。以3次測量的平均值作為檢定結4數據舍入修約,被檢激光功率計測量重復性引入的相對不確定度分量為ur= ≈0.03%。采用A類評定方法。3C.3.3被檢激光功率計接收面響應不均勻性引入的相對不確定度分量沿水平和垂直方向等間距移動二維位移臺,記錄每一位置的被檢激光功率計測量示值,見表C.2。表C.2被檢定激光功率計接收面響應不均勻性測量結果單位:mW位置左中右上—9.94—中9.949.979.94下—9.95—接收面響應不均勻性為0.31%,誤差區間半寬度a=≈0.16%。不均勻性誤差服從均勻分布,k取3,則被檢激光功率計接收面響應不均勻性引入的相對不確定度分量uu=≈0.09%。采用B類評定方法。C.3.4被檢激光功率計非線性引入的相對不確定度分量利用標準激光功率計在功率10mW、100mW下檢定被檢功率計,修正因子分別為C10=1.017,C100=1.018。根據公式(4),被檢激光功率計的非線性為0.10%。誤差區間半寬度a==0.05%。非線性誤差服從均勻分布,k取3。被檢激光功JJG249—202312率計非線性引入的相對不確定度分量un=≈0.03%。采用B類評定方法。C.3.5激光器輸出功率穩定性引入的相對不確定度分量激光功率計檢定裝置利用激光功穩儀穩定激光功率,激光功穩儀將激光功率穩定在0.1%以內。按照均勻分布,k取3。激光器輸出功率穩定性引入的相對不確定度分量ul≈0.06%。采用B類評定方法。C.3.6背景雜散輻射引入的相對不確定度分量實驗室背景雜散輻射功率約10μW,測量10mW的激光時,對激光功率測量的影0.1%響幅度為0.1%。按照均勻分布,k取3。背景雜散輻射引入的相對不確定度分量ub=0.1% ≈0.06%。采用B類評定方法。3C.3.7環境條件影響的相對不確定度分量實驗室為恒溫恒濕環境,檢定期間溫度控制在±0.2℃之內,相對濕度在±2%以內。對激光功率測量的影響幅度為0.1%。按照反正弦分布,k取2。環境條件影響的相對不確定度分量uh≈0.07%。采用B類評定方法。C.3.8不確定度合成根據以上列出的7個不確定度主要來源,相對不確定度分量匯總如表C.3所示。表C.3相對不確定度分量匯總表不確定度來源不確定度分量不確定度上級標準us0.60%測量重復性ur0.03%面響應不均勻性uu0.09%非線性un0.03%光源穩定性ul0.06%背景雜散輻射ub0.06%環境條件uh0.07%合成標準不確定度uc0.62%根據公式(C.3)可得,相對合成標準不確定度:uc,rel=0.62%≈0.7%則相對合成擴展不確定度:Uc,rel=k·uc,rel=1.4%(k=2)JJG249—202313附錄D使用激光器輸出功率監測系統檢定的說明當激光器輸出功率穩定度達不到6.1.2.2的要求且無激光功率穩定系統時,應使用激光器輸出功率監測系統進行檢定。使用激光器輸出功率監測系統時,功率監測比不穩定度應達到6.1.2.2的要求,相應的檢定裝置框圖、檢定方法和數據處理說明如下。D.1接收面響應不均勻性檢定D.1.1檢定裝置框圖使用激光器輸出功率監測系統的接收面響應不均勻性檢定裝置框圖見圖D.1。圖D.1使用激光器輸出功率監測系統的接收面響應不均勻性檢定裝置框圖D.1.2檢定方法按圖D.1所示的框圖連接并調整檢定裝置,調整激光分束器使分束激光垂直入射到監測激光功率計接收面中心,調整激光束垂直入射到被檢激光功率計接收面中心。被檢激光功率計和監測激光功率計應具有相同或相近的響應速度。調整激光器或激光衰減器使入射到被檢激光功率計的功率處于檢定量程內任一擋位的30%~80%,檢定用激光束直徑應為被檢激光功率計接收面直徑或對角線的1/20~1/5,檢定區域直徑應不小于被檢激光功率計接收面直徑或對角線的1/3。分別沿水平和垂直方向等間距移動被檢激光功率計,保持監測激光功率計位置不變。同時讀取并記錄每一位置的被檢激光功率計示值和激光功率監測值,激光功率計示值應扣除零點。各方向最少取3個等間隔測量點,且測量點數應為奇數。D.1.3數據處理按公式(D.1)計算激光功率監測比:R=(D.1)式中:P—被檢激光功率計測量示值;V—激光功率監測值。按公式(D.2)計算被檢激光功率計的接收面響應不均勻性:ΔU=(D.2)JJG249—202314式中:Rmax—被檢激光功率計在各檢定位置監測比的最大值;Rmin—被檢激光功率計在各檢定位置監測比的最小值;—R—被檢激光功率計在各檢定位置監測比的平均值。D.2示值相對誤差檢定D.2.1檢定裝置框圖使用激光器輸出功率監測系統的示值相對誤差檢定裝置框