书 书 书犐犆犛 １７ ． １８０ 犃 ６０ 中华人民共和国国家标准 犌犅 ／ 犜 ２２４５３ — ２００８ 硼酸盐非线性光学单晶元件 质量测试方法 犖狅狀犾犻狀犲犪狉狅狆狋犻犮犪犾犫狅狉犪狋犲犮狉狔狊狋犪犾犱犲狏犻犮犲狊犿犲犪狊狌狉犻狀犵犿犲狋犺狅犱 ２００８  １０  ０７ 发布 ２００９  ０４  ０１ 实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会 发布书 书 书前 　　 言 　　 本标准由全国光辐射安全和激光设备标准化技术委员会 （ ＳＡＣ ／ ＴＣ２８４ ） 提出并归口 。 本标准起草单位 ： 中国科学院福建物质结构研究所 、 福建光电子材料工程技术研究中心和福建福晶 科技股份有限公司 。 本标准主要起草人 ： 兰国政 、 吴少凡 、 林文雄 、 谢发利 、 吴季 、 李雄 。 Ⅰ 犌犅 ／ 犜 ２２４５３ — ２００８ 硼酸盐非线性光学单晶元件 质量测试方法 １ 　 范围 本标准规定了硼酸盐非线性光学单晶元件低温相偏硼酸钡 （ β ＢａＢ ２ Ｏ ４ ， 简称 ＢＢＯ ） 和三硼酸锂 （ ＬｉＢ ３ Ｏ ５ ， 简称 ＬＢＯ ） 的质量测试方法 。 本标准适用于 ＢＢＯ 和 ＬＢＯ 单晶元件 。 能满足本标准要求的其他硼酸盐非线性光学单晶元件也可 参照使用 。 ２ 　 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款 。 凡是注日期的引用文件 ， 其随后所有 的修改单 （ 不包括勘误的内容 ） 或修订版均不适用于本标准 ， 然而 ， 鼓励根据本标准达成协议的各方研究 是否可使用这些文件的最新版本 。 凡是不注日期的引用文件 ， 其最新版本适用于本标准 。 ＧＢ ／ Ｔ１１２９７．１ — ２００２ 　 激光棒波前畸变的测量方法 ＧＢ ／ Ｔ１６６０１ — １９９６ 　 光学表面激光损伤阈值测试方法 　 第 １ 部分 ： １ 对 １ 测试 （ ｅｑｖＩＳＯ ／ ＤＩＳ１１２５４１．２ ： １９９５ ） ＪＢ ／ Ｔ９４９５．３ — １９９９ 　 光学晶体透过率 　 测量方法 ３ 　 主要测试项目 ３ ． １ 　 物理性能 散射 、 光学不均匀性 、 特定波长吸收 、 倍频转换效率 、 激光损伤阈值 、 减反膜剩余反射率 、 波前畸变 。 ３ ． ２ 　 加工质量 尺寸公差 、 角度偏差 、 不平行度 、 不平面度 、 不垂直度 、 有效通光孔径 、 表面疵病 。 ４ 　 测试的环境要求 洁净等级 ： １００００ 级 温度 ：（ ２３±２ ） ℃ 相对湿度 ：（ ５５±５ ） ％ ５ 　 测试方法 ５ ． １ 　 散射 ５ ． １ ． １ 　 测试原理 利用单晶元件内部的包络 、 气泡等缺陷对激光束的散射作用 ， 观测单晶元件内部质量 。 当激光通过 元件的光路被散射变粗或出现发散光 ， 表明元件存在包络 、 气泡等缺陷 。 ５ ． １ ． ２ 　 测试条件 样品 ： 单晶元件的激光入射面 、 出射面及观测面抛光 。 环境 ： 在暗室内测量 。 ５ ． １ ． ３ 　 测试仪器 ＨｅＮｅ 激光器 （ 波长 ６３２．８ｎｍ ， 功率 ４０ｍＷ ～ ５０ｍＷ ， 光斑直径大于或等于 ２ｍｍ ）， 三维调节平 １ 犌犅 ／ 犜 ２２４５３ — ２００８ 台 ， 带标尺的 ５０ 倍显微镜 。 ５ ． １ ． ４ 　 测试步骤 ５ ． １ ． ４ ． １ 　 将单晶元件放置于激光器检测光路中 ， 使元件通光面与激光光束垂直 。 ５ ． １ ． ４ ． ２ 　 通过调整三维调整台 ， 使激光光束相对于元件通光面作两维扫描 ， 相邻扫描点的间隔为 ２ｍｍ 。 ５ ． １ ． ４ ． ３ 　 扫描过程中用带标尺的显微镜观察 ， 如发现有散射点 ， 记录其个数 、 位置及大小 。 ５ ． ２ 　 光学不均匀性 ５ ． ２ ． １ 　 测试原理 测试光通过单晶元件后 ， 被后标准镜反射 ， 它与前标准镜反射的激光发生干涉 ， 通过计算干涉条纹 的变化量 ， 得出单晶元件的光学不均匀性 。 ５ ． ２ ． ２ 　 测试仪器 采用斐索干涉仪结构的高精度光学均匀性测量仪 （ 准确度为 １×１０ －７ ）。 ５ ． ２ ． ３ 　 测试步骤 ５ ． ２ ． ３ ． １ 　 打开测量仪 ５ ． ２ ． ３ ． ２ 　 将样品按图 １ 放入测试光路中 ， 调节旋钮至条纹出现 ２ 条 ～ ３ 条 ， 测试样品的透过波前 。 图 １ 　 测试光路图 ５ ． ２ ． ３ ． ３ 　 按图 ２ 方式测试样品的 Ｓ １ 面平面度 。 图 ２ 　 犛 １ 面平面度测试方法 ５ ． ２ ． ３ ． ４ 　 按图 ３ 测试样品的 Ｓ ２ 面平面度 。 图 ３ 　 犛 ２ 面平面度测试方法 ５ ． ２ ． ３ ． ５ 　 按图 ４ 测试空腔的波前 。 图 ４ 　 空腔波前的测试方法 ５ ． ２ ． ３ ． ６ 　 通过以下计算公式进行计算 ， 即得到样品的折射率变化值 Δ 狀 ： ２ 犌犅 ／ 犜 ２２４５３ — ２００８ Δ 狀 ＝ ［ 狀 （ 犜 － 犆 ） － （ 狀 － １ ）（ 犃 ２ － 犃 １ ）］／ 犔 …………………………（ １ ） 　　 式中 ： 狀 ——— 单晶的折射率 ； 犜 ——— 透过波前 ， 单位为纳米 （ ｎｍ ）； 犆 ——— 空腔波前 ， 单位为纳米 （ ｎｍ ）； 犃 １ ——— Ｓ １ 面平面度 ， 单位为纳米 （ ｎｍ ）； 犃 ２ ——— Ｓ ２ 面平面度 ， 单位为纳米 （ ｎｍ ）； 犔 ——— 单晶元件通光方向的长度 ， 单位为毫米 （ ｍｍ ）。 ５ ． ３ 　 特定波长吸收 单晶元件特定波长吸收的测试方法按 ＪＢ ／ Ｔ９４９５．３ — １９９９ 的规定 。 ５ ． ４ 　 倍频转换效率 ５ ． ４ ． １ 　 测试原理 通过测量特定条件下基频光通过 ＬＢＯ 单晶元件 ＳＨＧ （ １０６４ｎｍ ～ ５３２ｎｍ ） 和 ＢＢＯ 单晶元件 ＳＨＧ （ ５３２ｎｍ ～ ２６６ｎｍ ） 后产生倍频光的功率 ／ 能量 。 倍频光与基频光功率 ／ 能量比值即为单晶元件的倍频 转换效率 。 ５ ． ４ ． ２ 　 测试仪器 ５ ． ４ ． ２ ． １ 　 激光器 ａ ） 　 ＬＢＯＳＨＧ （ １０６４ｎｍ ～ ５３２ｎｍ ） 测试所用激光器 ： Ｎｄ ： ＹＡＧ 电光调 Ｑ 的 １Ｈｚ 脉冲激光器 ， 波 长 １０６４ｎｍ ， 激光为准 ＴＥＭ ００ 模 、 近平顶结构的输出 ， 光束直径为  ７．５ｍｍ ， 脉冲宽度 （ ８±２ ） ｎｓ ， 激光远场发射角 ０．７ｍｍ · ｍｒａｄ ， 能量 ８００ｍＪ ； ｂ ） 　 ＢＢＯＳＨＧ （ ５３２ｎｍ ～ ２６６ｎｍ ） 测试所用激光器 ： 采用光纤耦合半导体端面泵浦 Ｎｄ ： ＧｄＶＯ ４ 单 晶产生 １０６４ｎｍ 声光调 Ｑ 脉冲激光 ， 经二倍频器倍频产生 ５３２ｎｍ 倍频光 ， 脉冲调制重复频 率为 １５ｋＨｚ ， 脉宽约 １８ｎｓ ， 光束直径为  １．７ｍｍ ， 激光平均功率 ６００ｍＷ 。 ５ ． ４ ． ２ ． ２ 　 激光功率 ／ 能量计 ： 测量偏差 ±５％ 。 ５ ． ４ ． ３ 　 样品 ａ ） 　 ＬＢＯＳＨＧ （ １０６４ｎｍ ～ ５３２ｎｍ ） 所用单晶元件样品 ： 长度 １５ｍｍ ， Ⅰ 类非临界相位匹配 ， 匹配角 θ ＝９０° ，  ＝０° 。 ｂ ） 　 ＢＢＯＳＨＧ （ ５３２ｎｍ ～ ２６６ｎｍ ） 所用单晶元件样品 ： 长度 ８ｍｍ ， Ⅰ 类临界相位匹配 ， 匹配角 θ ＝ ４７．７° ，  ＝０° 。 ５ ． ４ ． ４ 　 测试步骤 ５ ． ４ ． ４ ． １ 　 犔犅犗犛犎犌 效率 ５ ． ４ ． ４ ． １ ． １ 　 将电光调 Ｑ１０６４ｎｍ 激光 ， 垂直入射到 ５．４．３ 所述 ＬＢＯ 样品的通光面上 。 在激光能量计 和 ＬＢＯ 间加入一片 ５３２ｎｍ 高透 （ 透过率 ＞ ９７％ ）、 １０６４ｎｍ 高反 （ 反射率 ＞ ９９．５％ ） 的短波通滤波片 。 ５ ． ４ ． ４ ． １ ． ２ 　 当基波注入通过 ＬＢＯ 倍频器的能量 犈 １ ＝８００ｍＪ 时 ， 用激光能量计测量产生 ５３２ｎｍ 的倍 频光的能量 犈 ２ 。 ５ ． ４ ． ４ ． １ ． ３ 　 计算获得二倍频转换效率 η ＝ 犈 ２ ／ 犈 １ 。 ５ ． ４ ． ４ ． ２ 　 犅犅犗犛犎犌 效率 ５ ． ４ ． ４ ． ２ ． １ 　 将 ５３２ｎｍ 绿光经焦距 犳 ＝５０ｍｍ 的凸透镜聚焦后垂直入射到 ５．４．３ 所述 ＢＢＯ 单晶的通 光面上 ， ＢＢＯ 单晶置于透镜焦点附近 。 单晶温度 狋 ＝２５℃ ， 精度优于 ±０．１℃ ； ５ ． ４ ． ４ ． ２ ． ２ 　 在激光功率计和 ＢＢＯ 晶体间加入一片 ２６６ｎｍ 高透 、 ５３２ｎｍ 高反的短波通滤波片 ； ５ ． ４ ． ４ ． ２ ． ３ 　 当注入通过 ＢＢＯ 四倍频器的 ５３２ｎｍ 激光功率为 犘 １ ＝６００ｍＷ 时 ， 测量产生的 ２６６ｎｍ 的 激光功率为 犘 ２ ； ５ ． ４ ． ４ ． ２ ． ４ 　 根据 η ＝ 犘 ２ ／ 犘 １ 计算得到转换效率 。 ３ 犌犅 ／ 犜 ２２４５３ — ２００８ ５ ． ５ 　 单晶元件的激光损伤阈值 将样品固定在两维平移 、 角度可调的调整架上 ， 入射激光垂直通光面 ， 光束质量因子 犕 ２ ＜ １．２ ， 波长 为 １０６４ｎｍ ， 脉冲宽度为 （ １０±２ ） ｎｓ