Государственная поверочная схема для средств измерений энергии, распределения плотности энергии, длительности импульса и длины волны лазерного излучения в диапазоне длин волн от 0,3 до 2,0 мкм

(утв. Приказом Росстандарта от 28.09.2018 № 2088)

Утверждена Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 28 сентября 2018 г. № 2088

ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОВЕРОЧНАЯ СХЕМА ДЛЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ЭНЕРГИИ, РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЭНЕРГИИ, ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСА И ДЛИНЫ ВОЛНЫ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ДИАПАЗОНЕ ДЛИН ВОЛН ОТ 0,3 ДО 2,0 МКМ

1. Область применения

Государственная поверочная схема (ГПС) распространяется на средства измерений энергии, распределения плотности энергии, длительности импульса, длины волны лазерного излучения и устанавливает порядок передачи единиц энергии — джоуля (Дж), распределения плотности энергии — джоуля на квадратный сантиметр (Дж/см2), длительности импульса — секунды (с), длины волны лазерного излучения — метра (м) от государственного первичного специального эталона этих единиц при помощи вторичных и рабочих эталонов 1-го разряда (РЭ 1-го разряда) средствам измерений единиц с указанием погрешностей и основных методов передач единиц величин.

Графическая часть Государственной поверочной схемы для средств измерений энергии, распределения плотности энергии, длительности импульса и длины волны лазерного излучения в диапазоне длин волн от 0,3 до 2,0 мкм представлена в приложении А.

2. Сокращения и обозначения

2.1 В настоящем проекте применены следующие сокращения:

ВЭ — вторичный эталон;

ГПСЭ — государственный первичный специальный эталон;

ЛИ — лазерное излучение;

НСП — неисключенная систематическая погрешность;

РПЭ — распределение плотности энергии;

СИ — средство измерений;

СКО — среднее квадратическое отклонение результатов измерений;

ТС — техническое средство.

2.2 В настоящем проекте применены следующие обозначения:

fп — частота повторения;

H(x, y) — распределение плотности энергии;

P — средняя мощность;

Q — энергия импульса;

S_{\epsilon H(x,y)} — погрешность передачи единицы РПЭ, выраженная в виде среднего квадратического отклонения;

S_{\epsilon Q} — погрешность передачи единицы энергии ЛИ, выраженная в виде среднего квадратического отклонения;

S_{\epsilon\lambda} — погрешность передачи единицы длины волны ЛИ, выраженная в виде среднего квадратического отклонения;

S_{\epsilon}\tau_{\text{н}} — погрешность передачи единицы длительности импульса ЛИ, выраженная в виде среднего квадратического отклонения;

uc — суммарная стандартная неопределенность измерений;

\lambda — длина волны;

\tau_{\text{н}} — длительность импульса лазерного излучения.

3. Государственный первичный специальный эталон

3.1 ГПСЭ применяют для воспроизведения и хранения единиц энергии, распределения плотности энергии, длительности импульса, длины волны ЛИ и передачи единиц при помощи ВЭ и РЭ 1-го разряда средствам измерений.

3.2 В состав ГПСЭ входят следующие ТС и оборудование:

комплекс ТС для воспроизведения, хранения и передачи единицы энергии импульсного ЛИ;

комплекс ТС для воспроизведения, хранения и передачи единицы распределения плотности энергии импульсного ЛИ;

комплекс ТС для воспроизведения, хранения и передачи единицы длительности импульса ЛИ;

комплекс ТС для воспроизведения, хранения и передачи единицы длины волны ЛИ;

3.3 Диапазон значений, воспроизводимых ГПСЭ, составляет:

энергии от 1·10-2 до 5·10-1 Дж для Q на фиксированных \lambda 0,532; 1,064 и 1,570 мкм;

распределения плотности энергии от 1·10-4 до 1·10-2 Дж/см2 — для H(x; y) в диапазоне \lambda от 0,4 до 1,1 мкм;

длительности импульса от 1·10-9 до 1·10-6 с для \tau_{\text{н}} в спектральном диапазоне \lambda от 0,4 до 1,1 мкм;

длительности импульса от 5·10-11 до 1·10-9 с для \tau_{\text{н}} в спектральном диапазоне \lambda от 0,4 до 0,8 мкм;

длины волны ЛИ от 0,3 до 1,1 мкм для \lambda в диапазоне мощности ЛИ P от 1·10-4 до 1·10-1 Вт и в диапазоне энергии ЛИ Q от 1·10-4 до 1·10-1 Дж.

3.4 ГПСЭ обеспечивает воспроизведение единиц:

энергии импульсного ЛИ с СКО SQ не более 2·10-1% при десяти независимых наблюдениях, НСП \Theta_{Q} не более 2·10-1%, суммарная стандартная неопределенность измерений uc(Q) не более 5·10-1%;

распределения плотности энергии импульсного ЛИ с СКО SH(x,y) не более 4·10-1% при десяти независимых наблюдениях, НСП \Theta_{H(x,y)} не более 4·10-1%, суммарная стандартная неопределенность измерений uc(H) не более 1,2%;

длительности импульса ЛИ в диапазоне \tau_{\text{н}} от 1·10-9 до 1·10-6 с с СКО S\tau_{\text{н}} не более 0,7·10-1% при десяти независимых наблюдениях, НСП \Theta\tau_{\text{н}} не более 1·10-1%, суммарная стандартная неопределенность измерений u_{c}(\tau_{\text{н}}) не более 2·10-1%;

длительности импульса ЛИ в диапазоне \tau_{\text{н}} от 5·10-11 до 1·10-9 с с СКО S\tau_{\text{н}} не более 2% при десяти независимых наблюдениях; НСП \Theta\tau_{\text{н}} не более 3%, суммарная стандартная неопределенность измерений u_{c}(\tau_{\text{н}}) не более 3%;

длины волны ЛИ в диапазоне \lambda от 0,3 до 1,1 мкм с СКО S_{\lambda} не более 5·10-4% при десяти независимых наблюдениях, НСП \Theta_{\lambda} не более 2·10-4%, суммарная стандартная неопределенность измерений u_{c}(\lambda) не более 5·10-4%.

3.5 Для обеспечения воспроизведения единиц энергии, распределения плотности энергии, длительности импульса и длины волны ЛИ с указанной точностью следует соблюдать правила хранения и применения ГПСЭ, утвержденные в установленном порядке.

3.6 ГПСЭ применяют для передачи единиц энергии, распределения плотности энергии, длительности импульса и длины волны ЛИ ВЭ и РЭ 1-го разряда методом прямых измерений.

4. Вторичные эталоны

4.1 В качестве ВЭ единицы энергии импульсного лазерного излучения в диапазоне \tau_{\text{н}} от 1·10-12 до 5·10-1 с используют комплекс, в состав которого входят источник излучения пикосекундных и наносекундных импульсов лазерного излучения, первичный измерительный преобразователь, контрольный фотоэлектрический преобразователь энергии излучения, система регистрации и обработки информации.

СКО результата измерений энергии ВЭ единицы энергии импульсного лазерного излучения в диапазоне значений энергии от 10-5 до 10-1 Дж на длине волны 1,064 мкм и от 10-5 до 5·10-2 Дж на длине волны 0,532 мкм составляет не более 0,5%.

ВЭ единицы энергии импульсного лазерного излучения в диапазоне \tau_{\text{н}} от 1·10-12 до 5·10-1 с применяют для передачи единицы энергии РЭ 1-го разряда методом прямых измерений.

4.2 В качестве ВЭ единицы энергии импульсного лазерного излучения в мобильном исполнении в диапазоне \tau_{\text{н}} от 5·10-9 до 7·10-9 с используют комплекс, в состав которого входят источник излучения наносекундных импульсов лазерного излучения, первичный измерительный преобразователь, контрольный фотоэлектрический преобразователь энергии излучения, система регистрации и обработки информации.

СКО результата измерений энергии ВЭ единицы энергии импульсного лазерного излучения в диапазоне значений энергии от 5·10-3 до 2·10-1 Дж на длине волны 1,064 мкм и от 5·10-3 до 5·10-2 Дж на длине волны 0,532 мкм составляет не более 1,5%.

ВЭ единицы энергии импульсного лазерного излучения в мобильном исполнении в диапазоне \tau_{\text{н}} от 5·10-9 до 7·10-9 с применяют для передачи единицы энергии РЭ 1-го разряда на местах их дислокации методом прямых измерений.

4.3 В качестве ВЭ пространственно-энергетических характеристик импульсного лазерного излучения в диапазоне \tau_{\text{н}} от 1·10-11 до 1·10-10 с используют комплекс, в состав которого входят аппаратура измерений пространственно-энергетических характеристик импульсного лазерного излучения и аппаратура передачи единиц ширины и угла расходимости лазерного пучка, система регистрации и обработки информации.

СКО измерений плотности энергии и углов расходимости ВЭ пространственно-энергетических характеристик импульсного лазерного излучения в диапазоне \tau_{\text{н}} от 1·10-11 до 1·10-10 с составляет не более 2%.

ВЭ пространственно-энергетических характеристик импульсного лазерного излучения в диапазоне \tau_{\text{н}} от 1·10-11 до 1·10-10 с применяют для передачи единиц ширины и угла расходимости лазерного пучка РЭ 1-го разряда методом прямых измерений.

4.4 В качестве ВЭ единицы длительности импульса ЛИ в диапазоне \tau_{\text{н}} от 3·10-12 до 1·10-9 с используют комплекс, в состав которого входят электронно-оптическая камера, фемтосекундная лазерная система с \lambda = 0,525\text{мкм} , интерферометр Фабри-Перо, оптоволоконный стретчер, система регистрации и обработки информации.

СКО ВЭ единицы длительности импульса ЛИ в диапазоне \tau_{\text{н}} от 3·10-12 до 1·10-9 с S\tau_{\text{н}} составляет не более 3%.

ВЭ единицы длительности импульса ЛИ в диапазоне \tau_{\text{н}} от 3·10-12 до 1·10-9 с применяют для передачи РЭ 1-го разряда единицы длительности импульса ЛИ методом непосредственного сличения.

5. Рабочие эталоны 1-го разряда

5.1 В качестве РЭ 1-го разряда единицы энергии импульсного ЛИ используют комплексы, состоящие из стабилизированных импульсных лазеров в диапазоне \lambda от 0,3 до 2,0 мкм с \tau_{\text{н}} от 1·10-15 до 1·10-7 с, системы электрической градуировки, системы регистрации и обработки информации. РЭ 1-го разряда единицы энергии импульсного ЛИ в диапазоне значений энергии от 10-5 до 2 Дж применяют для передачи единицы методом прямых измерений.

5.2 В качестве РЭ 1-го разряда единицы распределения плотности энергии импульсного ЛИ используют комплексы, состоящие из стабилизированных импульсных лазеров с диапазоном диаметра пучка d_{\sigma} от 1 до 50 мм и в диапазоне \lambda от 0,3 до 2,0 мкм с \tau_{\text{н}} от 1·10-15 до 1·10-6 с, системы калибровки матричных СИ по равномерному распределению плотности энергии (мощности) ЛИ, эталонного первичного измерительного преобразователя калориметрического типа с калиброванной диафрагмой на входе, системы регистрации и обработки информации. РЭ 1-го разряда единицы распределения плотности энергии импульсного ЛИ в диапазоне значений от 5·10-3 до 1 Дж/см2 применяют для передачи единицы методом прямых измерений.

5.3 В качестве РЭ 1-го разряда единицы длительности импульса ЛИ в диапазоне \tau_{\text{н}} от 1·10-9 до 1·10-3 с используют комплексы, состоящие из пикосекундного стабилизированного лазера на \lambda 1,064 мкм с \tau_{\text{н}} от 1·10-9 до 1·10-3 с, калиброванной меры оптической задержки (эталона Фабри-Перо), быстродействующего фотоприемника, широкополосного цифрового осциллографа, системы регистрации и обработки информации. РЭ 1-го разряда единицы длительности импульса ЛИ в диапазоне значений от 1·10-9 до 1·10-3 с применяют для передачи единицы методом прямых измерений.

5.4 В качестве РЭ 1-го разряда единицы длительности импульса ЛИ в диапазоне \tau_{\text{н}} от 5·10-11 до 1·10-9 с используют комплексы, в состав которых входят электронно-оптическая камера и стабилизированный пикосекундный лазер с \lambda в диапазоне от 0,4 до 0,8 мкм. РЭ 1-го разряда единицы длительности импульса ЛИ в диапазоне значений от 5·10-11 до 1·10-9 с применяют для передачи единицы непосредственным сличением.

5.5 В качестве РЭ 1-го разряда единицы длины волны ЛИ используют комплексы, состоящие из стабилизированных лазеров, набора стабилизированных спектральных ламп и спектрометров в диапазоне \lambda от 0,3 до 2,0 мкм и в диапазоне P (Q) от 1·10-6 до 1 Вт (Дж). РЭ 1-го разряда единицы длины волны ЛИ в диапазоне значений от 0,3 до 2,0 мкм применяют для передачи единицы методом прямых измерений.

5.6 СКО РЭ 1-го разряда составляют от 2·10-3 до 6%.

6. Средства измерений

6.1 В качестве СИ используют:

СИ энергии импульсного ЛИ с диапазоном измерений Q от 1·10-5 до 10 Дж в диапазоне \lambda от 0,2 до 2,0 мкм с \tau_{\text{н}} от 1·10-9 до 1·10-6 с при fп до 103 Гц;

СИ энергии импульсного ЛИ с диапазоном измерений Q от 1·10-6 до 0,2 Дж в диапазоне \lambda от 0,2 до 2,0 мкм с \tau_{\text{н}} от 1·10-12 до 1·10-9 с при fп до 103 Гц;

СИ энергии импульсного ЛИ с диапазоном измерений Q от 1·10-6 до 0,1 Дж в диапазоне \lambda 0,2 до 2,0 мкм с \tau_{\text{н}} от 1·10-15 до 1·10-12 с при fп до 103 Гц;

оптические аттенюаторы в диапазоне \lambda от 0,3 до 2,0 мкм с коэффициентом ослабления Kосл от 10 до 104;

СИ распределения плотности энергии импульсного ЛИ с диапазоном измерений H(x; y) от 5·10-3 до 1 Дж/см2 в диапазоне \lambda от 0,3 до 2,0 мкм при \tau_{\text{н}} от 1·10-9 до 1·10-3 с при fп от 1 до 1·102 Гц;

СИ угла расходимости \theta_{\sigma} в диапазоне измерений от 1 до 10 мрад и диаметра пучка импульсного ЛИ d_{\sigma} в диапазоне измерений от 1,0 до 50 мм в диапазоне \lambda от 0,3 до 2,0 мкм, в диапазоне Q от 1·10-6 до 1 Дж при \tau_{\text{н}} от 1·10-9 до 1·10-3 с при fп от 1 до 1·102 Гц;

СИ \tau_{\text{н}} ЛИ в диапазоне измерений от 1·10-9 до 1·10-3 с в диапазоне \lambda от 0,2 до 2,0 мкм, при частоте fп от однократных до 103 Гц;

СИ \tau_{\text{н}} ЛИ в диапазоне измерений от 1·10-11 до 1·10-9 с в диапазоне \lambda от 0,23 до 1,55 мкм;

СИ длины волны ЛИ \lambda в диапазоне измерений от 0,3 до 2,0 мкм в диапазоне P (Q) от 1·10-6 до 1 Вт (Дж).

6.2 Пределы допускаемых относительных погрешностей \Delta_{0} СИ составляют от 1,0·10-2 до 20,0%.

Приложение А

ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОВЕРОЧНАЯ СХЕМА ДЛЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ЭНЕРГИИ, РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЭНЕРГИИ, ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСА И ДЛИНЫ ВОЛНЫ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ДИАПАЗОНЕ ДЛИН ВОЛН ОТ 0,3 ДО 2,0 МКМ

---

Вложения

• 10.PDF