DIN EN ISO 13697-2006 Optics and photonics - Lasers and laser-related equipment - Test methods for specular reflectance and regular transmittance of optical laser components (ISO 10.pdf

1、August 2006DEUTSCHE NORM Normenausschuss Feinmechanik und Optik (NAFuO) im DINPreisgruppe 13DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.ICS 31.260!,h:“9692304www.din.deDDIN E

2、N ISO 13697Optik und Photonik Laser und Laseranlagen Prfverfahren fr die spekulare Reflexion und die gerichteteTransmission von optischen Laserkomponenten (ISO 13697:2006);Deutsche Fassung EN ISO 13697:2006Optics and photonics Lasers and laser-related equipment Test methods for specular reflectance

3、and regular transmittance of optical lasercomponents (ISO 13697:2006);German version EN ISO 13697:2006Optique et photonique Lasers et quipements associs aux lasers Mthodes dessai du facteur de rflexion spculaire et du facteur de transmission descomposants optiques laser (ISO 13697:2006);Version alle

4、mande EN ISO 13697:2006Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlinwww.beuth.deGesamtumfang 22 SeitenDIN EN ISO 13697:2006-08 2 Nationales Vorwort Diese Norm wurde vom Technischen Komitee ISO/TC 172 Optik und Photonik“, Unterkomitee SC 9 Elektrooptische Systeme“ (Sekretariat: DIN,

5、Deutschland) in Zusammenhang mit CEN/TC 123 Laser und Laseranlagen“ (Sekretariat: DIN, Deutschland) erarbeitet. Im DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. ist hierfr der NA027-01-18 AA Laser“ zustndig. EUROPISCHE NORM EUROPEAN STANDARD NORME EUROPENNE EN ISO 13697 Mai 2006 ICS 31.260 Deutsche Fassung

6、 Optik und Photonik Laser und Laseranlagen Prfverfahren fr die spekulare Reflexion und die gerichtete Transmission von optischen Laserkomponenten (ISO 13697:2006) Optics and photonics Lasers and laser-related equipment Test methods for specular reflectance and regular transmittance of optical laser

7、components (ISO 13697:2006) Optique et photonique Lasers et quipements associs aux lasers Mthodes dessai du facteur de rflexion spculaire et du facteur de transmission des composants optiques laser (ISO 13697:2006) Diese Europische Norm wurde vom CEN am 13. April 2006 angenommen. Die CEN-Mitglieder

8、sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denendieser Europischen Norm ohne jede nderung der Status einer nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listendieser nationalen Normen mit ihren bibliographischen Angaben

9、sind beim Management-Zentrum oder bei jedem CEN-Mitglied auf Anfrage erhltlich. Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Franzsisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache,die von einem CEN-Mitglied in eigener Verantwortung durch bersetzung in seine Landessprac

10、he gemacht und dem Management-Zentrum mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen. CEN-Mitglieder sind die nationalen Normungsinstitute von Belgien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland,Irland, Island, Italien, Lettland, Litauen, Luxembur

11、g, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien,Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern.Management-Zentrum: rue de Stassart, 36 B-1050 Brssel 2006 CEN Alle Rechte der Verwertung, gleic

12、h in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den nationalen Mitgliedern von CEN vorbehalten.Ref. Nr. EN ISO 13697:2006 DEUROPISCHES KOMITEE FR NORMUNGEUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATIONCOMIT EUROPEN DE NORMALISATIONEN ISO 13697:2006 (D) 2 Inhalt Seite Vorwort 3 Einleitung.4 1 Anwendu

13、ngsbereich .5 2 Normative Verweisungen5 3 Begriffe .5 4 Verwendete Formelzeichen und Maeinheiten.5 5 Prf- und Kalibrierprinzipien 6 5.1 Allgemeines6 5.2 Spekulare Reflexion 6 5.3 Transmission6 5.4 Kalibrierung7 6 Vorbereitung der Probe und der Messanordnung 11 6.1 Allgemeines. 11 6.2 Laserstrahlvorb

14、ehandlung 12 6.3 Chopper . 12 6.4 Detektoranordnung. 12 7 Charakteristische Eigenschaften des Laserstrahls 13 8 Prfverfahren 14 8.1 Kalibrierung des Chopper-Spiegels 14 8.1.1 Kalibrierung mit verminderter Genauigkeit . 14 8.1.2 Kalibrierung mit erhhter Genauigkeit. 14 8.2 Spekulare Reflexion fr nahe

15、zu senkrechten Lichteinfall 15 8.2.1 Messung mit verminderter Genauigkeit . 15 8.2.2 Messung mit erhhter Genauigkeit. 15 8.3 Winkelabhngigkeit des Reflexionsgrades 16 8.3.1 Allgemeines. 16 8.3.2 Messung mit verminderter Genauigkeit . 16 8.3.3 Messung mit erhhter Genauigkeit. 16 8.4 Transmission. 17

16、8.4.1 Allgemeines. 17 8.4.2 Messung mit verminderter Genauigkeit . 17 8.4.3 Messung mit erhhter Genauigkeit. 17 9 Auswertung . 18 9.1 Spekulare Reflexion fr nahezu senkrechten Lichteinfall 18 9.1.1 Messung mit verminderter Genauigkeit . 18 9.1.2 Messung mit erhhter Genauigkeit. 18 9.2 Winkelabhngigk

17、eit der Reflexion 18 9.2.1 Messung mit verminderter Genauigkeit . 18 9.2.2 Messung mit erhhter Genauigkeit. 18 9.3 Transmission. 18 9.3.1 Messung mit verminderter Genauigkeit . 18 9.3.2 Messung mit erhhter Genauigkeit. 18 10 Prfbericht. 18 Literaturhinweise . 20 EN ISO 13697:2006 (D) 3 Vorwort Diese

18、s Dokument (EN ISO 13697:2006) wurde vom Technischen Komitee ISO/TC 172 Optics and photonics“ in Zusammenarbeit mit dem Technischen Komitee CEN/TC 123 Laser und Gerte, die mit Lasern verwendet werden“ erarbeitet, dessen Sekretariat vom DIN gehalten wird. Diese Europische Norm muss den Status einer n

19、ationalen Norm erhalten, entweder durch Verffentlichung eines identischen Textes oder durch Anerkennung bis November 2006, und etwaige entgegenstehende nationale Normen mssen bis November 2006 zurckgezogen werden. Entsprechend der CEN/CENELEC-Geschftsordnung sind die nationalen Normungsinstitute der

20、 folgenden Lnder gehalten, diese Europische Norm zu bernehmen: Belgien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, Niederlande, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, Schweiz, Slowakei, Slowenien,

21、 Spanien, Tschechische Republik, Ungarn, Vereinigtes Knigreich und Zypern. Anerkennungsnotiz Der Text von ISO 13697:2006 wurde vom CEN als EN ISO 13697:2006 ohne irgendeine Abnderung genehmigt. EN ISO 13697:2006 (D) 4 Einleitung Auf Laser beruhende optische Systeme erfordern optische Bauteile mit st

22、ark verbesserten Remissions- (Reflektivitts-) und/oder Transmissionseigenschaften. Es ist notwendig, diese Eigenschaften genau messen zu knnen. Die Messverfahren in dieser Norm wurden optimiert, um die Messung der spekularen Reflexion (Remission) und der gerichteten Transmission von optischen Bautei

23、len ber einen groen Wertebereich mit hoher Przision zu ermglichen. EN ISO 13697:2006 (D) 5 1 Anwendungsbereich Diese Internationale Norm legt die Messverfahren fr die genaue Bestimmung der spekularen Reflexion und der gerichteten Transmission von optischen Laserkomponenten fest. Die Genauigkeit der

24、beschriebenen Prfverfahren bertrifft jene der in ISO 15368 dargelegten Messverfahren um mehrere Grenordnungen. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokumentes erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei unda

25、tierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). ISO 31-6, Quantities and units Part 6: Light and related electromagnetic radiations ISO 11145, Optics and photonics Lasers and laser-related equipment Vocabulary and symbols ISO 14644-1, C

26、leanrooms and associated controlled environments Part 1: Classification of air cleanliness 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokumentes gelten die Begriffe und Definitionen nach ISO 11145 und ISO 31-6. 4 Verwendete Formelzeichen und Maeinheiten Tabelle 1 Verwendete Formelzeichen und Maeinheiten For

27、mel-zeichen Einheit Begriff sspekulare Reflexion (Remission) der Probe ch, mspekulare Reflexion des Choppers (Zerhackers), spekulare Reflexion des Ablenkspiegels sgerichtete Transmission der Probe m Wellenlnge PavW Mittlere Leistung rad Einfallswinkel d m Strahldurchmesser auf der Probe fchHz Choppe

28、r-Frequenz famHz Frequenz der Laserleistungsmodulation PrW Leistung des Referenzstrahls (Bezugsstrahls) PpW Leistung des Sondenstrahls (Messstrahls) P W Leistungsunterschied zwischen Referenz- und Sondenstrahl SmSignal bei der Frequenz der Laserleistungsmodulation Sm0Signal bei der Frequenz der Lase

29、rleistungsmodulation, Sondenstrahl blockiert S Signal bei der Frequenz, die der Summe oder der Differenz aus Chopper-Frequenz und Leistungsmodulationsfrequenz entspricht S0Signal bei der Frequenz, die der Summe oder der Differenz aus Chopper-Frequenz und Leistungsmodulationsfrequenz entspricht, Sond

30、enstrahl blockiert C1, C2Willkrliche Konstanten EN ISO 13697:2006 (D) 6 5 Prf- und Kalibrierprinzipien 5.1 Allgemeines Die spekulare Reflexion und die gerichtete Transmission werden als das Verhltnis jenes Teils der reflektierten oder durchgelassenen Gesamtleistung zur Gesamtleistung, die auf dem Ba

31、uteil auftrifft, optisch bestimmt. Die Reflexions oder die Transmission der zu prfenden Probe bleiben innerhalb der am Bauteil whrend der Prfung aufgetretenen Temperaturschwankungen konstant und sind beide unabhngig von der Leistungsdichte der auftreffenden Strahlung. 5.2 Spekulare Reflexion Die Ref

32、lexion von optischen Bauteilen wird mit einer Messanordnung, wie in den Bildern 1 und 2 dargestellt, optisch bestimmt. Ein optisch flacher und hochreflektierender Chopper-Spiegel teilt den Laserstrahl in einen Sonden- und einen Referenzstrahl. Der Sondenstrahl wird vom Chopper-Spiegel und der Probe

33、reflektiert, wohingegen der Referenzstrahl ohne Beeinflussung durchgelassen wird. Beide Strahlen treffen (zeitlich) abwechselnd an der gleichen Stelle auf der Rckseite einer integrierenden Kugel (Ulbrichtschen Kugel) auf. Bild 1 zeigt die Messanordnung fr nahezu senkrechten Lichteinfall, wogegen die

34、 Winkelabhngigkeit der Reflexion mit einer Bild 2 entsprechenden Messanordnung gemessen werden kann. Im Vergleich zur Anordnung in Bild 1 wird ein zustzlicher Spiegel verwendet, um einen Prfaufbau mit doppeltem Lichteinfall zu erzeugen, mit dem die Reflexion der Probe bei verschiedenen Einfallswinke

35、ln gemessen werden kann. Die Leistungen Ppfr den Sondenstrahl und Prfr den Referenzstrahl stehen in folgendem Zusammenhang: Pp= s2chmPr(1) Dabei ist mdie spekulare Reflexion des zustzlichen Ablenkspiegels; s2der doppelte Lichteinfall auf der Probe; sdie spekulare Reflexion der Probe; chdie spekulare

36、 Reflexion des Chopper-Spiegels. Die spekulare Reflexion sder Probe kann folgendermaen bestimmt werden: =rs11PPmch (2) Dabei ist P = Pr Pp 5.3 Transmission Die Transmission von optischen Bauteilen wird mit einer Messanordnung entsprechend Bild 3 mit einem zustzlichen Spiegel von bekanntem Reflexions

37、grad, m, bestimmt. Fr die mit einem Messaufbau nach Bild 3 gemessenen Leistungen Prund Ppbesteht folgende mathe-matische Beziehung: Pp= schmPr(3) EN ISO 13697:2006 (D) 7 Dabei ist sdie gerichtete Transmission der Probe. Die gerichtete Transmission, s, der Probe kann mit folgender Gleichung berechnet

38、 werden: =rmchs11PP (4) 5.4 Kalibrierung Die Reflexion des Chopper-Spiegels muss fr die Auswertung bekannt sein. Bild 4 zeigt den anzuwendenden Messaufbau fr den Kalibriervorgang. Um die beiden unbekannten spekularen Reflexionsgrade mdes zustzlichen Spiegels und chdes Chopper-Spiegels zu bestimmen,

39、mssen zwei Messreihen aufgenommen werden. Eine Messung wird mit dem Aufbau fr das in 8.2 beschriebene Prfverfahren durchgefhrt, wogegen fr die andere Messung die integrierende Kugel und der zustzliche Spiegel entsprechend Bild 4 ausgetauscht werden mssen. Die strahlumformenden optischen Bauteile und

40、 der Chopper-Spiegel verbleiben unverndert, um sicherzustellen, dass der Laser auf dem Chopper-Spiegel unter gleichen Bedingungen auftrifft. Fr den Aufbau nach Bild 4 gilt fr die Leistungen Ppund Prfolgender mathematischer Zusammenhang: chrmp P= P(5) Dieser Aufbau ermglicht die Berechnung des Quotie

41、nten Q der spekularen Reflexion des zustzlichen Spiegels und des Chopper-Spiegels. chm= Q(6) Deren Produkt P wird anhand Bild 1 bestimmt, wobei die Probe durch den zustzlichen Spiegel ersetzt wird. In diesem Fall gilt: chmP = (7) Die spekulare Reflexion des Choppers chund des zustzlichen Spiegels ms

42、ind gegeben durch: QPch= (8) QPm= (9) EN ISO 13697:2006 (D) 8 Legende 1 Laser 2 Teleskop 3 Lochblende 4 Chopper 5 Probe 6 Sondenstrahl 7 Referenzstrahl 8 integrierende Kugel 9 Detektor, der oben auf der Kugel angebracht ist 10 rotierende Auftreffplatte Bild 1 Schematische Messanordnung zum Messen de

43、r spekularen Reflexion (nahezu senkrechter Einfallswinkel auf der Probe) EN ISO 13697:2006 (D) 9 Legende 1 Laser 2 Teleskop 3 Lochblende 4 Chopper 5 Probe 6 Sondenstrahl 7 Referenzstrahl 8 integrierende Kugel 9 Detektor, der oben auf der Kugel angebracht ist 10 rotierende Auftreffplatte 11 zustzlich

44、er Spiegel Bild 2 Schematische Messanordnung zum Messen der spekularen Reflexion (willkrlich gewhlter Einfallswinkel auf der Probe) EN ISO 13697:2006 (D) 10 Legende 1 Laser 2 Teleskop 3 Lochblende 4 Chopper 5 Probe 6 Sondenstrahl 7 Referenzstrahl 8 integrierende Kugel 9 Detektor, der oben auf der Ku

45、gel angebracht ist 10 rotierende Auftreffplatte 11 zustzlicher Spiegel Bild 3 Schematische Messanordnung zum Messen der Transmission(willkrlich gewhlter Einfallswinkel auf der Probe) EN ISO 13697:2006 (D) 11 Legende 1 Laser 2 Teleskop 3 Lochblende 4 Chopper 5 zustzlicher Spiegel 6 Sondenstrahl 7 Ref

46、erenzstrahl 8 integrierende Kugel 9 Detektor, der oben auf der Kugel angebracht ist 10 rotierende Auftreffplatte Bild 4 Schematische Messanordnung zum Kalibrieren des Chopper-Spiegels 6 Vorbereitung der Probe und der Messanordnung 6.1 Allgemeines Die Aufbewahrung, Reinigung und Vorbereitung der Prob

47、en muss entsprechend der Herstelleranweisungen fr den bestimmungsgemen Gebrauch erfolgen. Die Umgebung des Prfplatzes muss aus staubfreier, gefilterter Luft mit weniger als 60 % relativer Luftfeuchte bestehen. Der Reststaub muss entsprechend der in ISO 14644-1 festgelegten Reinraumklasse 7 verminder

48、t werden. Als Strahlungsquelle muss ein Laser verwendet werden. Die Beugungsmazahl muss nahezu einheitlich und die Strahlleistungsstabilitt muss so hoch wie mglich sein. Wellenlnge, Einfallswinkel und Polarisationszustand der zum Messen angewendeten Laser(be)strahlung muss den vom Hersteller fr den

49、Gebrauch der Probe festgelegten Werten entsprechen. Wenn fr diese drei Gren Wertebereiche zulssig sind, darf jegliche Kombination von Wellenlnge, Einfallswinkel und Polarisationszustand aus diesen Bereichen gewhlt werden. EN ISO 13697:2006 (D) 12 6.2 Laserstrahlvorbehandlung Jegliche Streustrahlung und Strahlung, die durch optische