《光熱透鏡法弱吸收率測試儀》

ICS號

中國標準文獻分類號

團體標準

團體標準編號

代替的團體標準編號

光熱透鏡法弱吸收率測試儀

Photothermal-LensingAbsorptionMeasuring

Instrument(PLI)

xxxx-xx-xx發(fā)布xxxx-xx-xx實施

中國光學(xué)光電子行業(yè)協(xié)會發(fā)布

T/COEMA****—2022

光熱透鏡法弱吸收率測試儀

1范圍

本文件給出了光熱透鏡法弱吸收率測試儀（PLI）的原理、要求、試驗方法、檢驗標準、標志、

包裝、運輸及貯存、質(zhì)量保證等。

本文件適用于透射式探測構(gòu)型的光熱透鏡法弱吸收率測試儀（PLI）對激光晶體、元件的表面吸

收（或薄膜吸收）、體吸收（以下簡稱“儀器”）。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用

文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）

適用于本文件。

GB/T1.1-2020標準化工作導(dǎo)則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則

GB/T1.2-2020標準化工作導(dǎo)則第2部分：以ISO/IEC標準化文件為基礎(chǔ)的標準化文件起草規(guī)

則

GB/T12519-2021分析儀器通用技術(shù)條件

GB/T13384-2008機電產(chǎn)品包裝通用技術(shù)條件

GB/T13966-2013分析儀器術(shù)語

GB/T15313-2008激光術(shù)語

GB/T18883-2022室內(nèi)空氣質(zhì)量標準

GB/T25480-2010儀器儀表運輸、貯存基本環(huán)境條件及試驗方法

GB/T25915.1-2021潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境第1部分：按粒子濃度劃分空氣潔凈度等級

GB/T29252-2012實驗室儀器和設(shè)備質(zhì)量檢驗規(guī)則

GB/T3102.6-1993光及有關(guān)電磁輻射的量和單位

GB7247.1-2012激光產(chǎn)品的安全第1部分：設(shè)備分類、要求

RB/T047-2020檢驗檢測機構(gòu)管理和技術(shù)能力評價設(shè)施和環(huán)境通用要求

ISO23701:2023Opticsandphotonics—Laserandlaser-relatedequipment—Photothermaltechnique

forabsorptionmeasurementandmappingofopticallasercomponents（激光器和激光相關(guān)設(shè)備激光光學(xué)

元件吸收分布測量光熱成像法）

3術(shù)語

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GB/T15313、GB/T13966-2013界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本標準。

3.1光熱透鏡法弱吸收率測試儀Photothermal-LensingAbsorptionMeasuringInstrument(PLI)

通過表面熱透鏡法檢測激光晶體和光學(xué)元件的弱吸收特性的設(shè)備。

3.2吸收absorption

激光光學(xué)元件吸收的輻射通量。

3.3吸收率absorptance

吸收輻射通量與輸入輻射通量的比值。

3.4吸收分布absorptiondistribution

吸收率分布absorptancedistribution

測量的吸收（3.1）/吸收率（3.2）與樣品位置的函數(shù)。

3.5重復(fù)性repeatability

用相同的方法、相同的式樣，在相同的條件下測得的一系列結(jié)果之間的一致程度，用相對標準

差RSD表示。

3.6穩(wěn)定性

在規(guī)定工作條件下，輸入保持不變，在規(guī)定時間內(nèi)儀器示值保持不變的能力，用相對極差RR表

示。

4原理

光熱透鏡法弱吸收率測試儀（PLI）利用一束泵浦激光照射樣品表面，樣品產(chǎn)生表面形變分布或

體內(nèi)折射率梯度分布，形成熱透鏡效應(yīng)。同時用另一束探測激光照射在樣品同一區(qū)域時，探測激光

的中心光強的變化可作為光熱信號。校準由光電探測器探測得的光熱信號，通過信號處理、數(shù)據(jù)分

析獲得被測樣品的吸收值。

透射構(gòu)型的光熱透鏡法弱吸收率測試儀使泵浦光束與探測光束的交點沿著樣品深度方向運動，

可區(qū)分測量表面吸收和體吸收。用該交點對樣品進行二維或三維掃描測量，可繪制樣品吸收或吸收

率的二維或三維分布圖。

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標引序號說明：

1.泵浦光源8.反射鏡

2.斬波器9.探測光源

3.激光衰減器10.待測樣品

4.反射鏡11.樣品位移平臺

5.透鏡（XY調(diào)整）12.功率計

6.反射鏡13.光電探測器

7.透鏡14.鎖相放大器

圖1透射式PLI光路圖

5要求

5.1儀器正常工作條件

儀器在下列條件下應(yīng)能正常工作：

a)環(huán)境溫度15℃~35℃；

b)相對濕度30%~65%；

c)無明顯煙塵；

d)無影響儀器使用的振動和電磁干擾。

5.2使用性能

光熱透鏡法弱吸收率測試儀應(yīng)具有以下配置和功能：

a)泵浦光路系統(tǒng)、探測光路系統(tǒng)、樣品位移平臺、光電探測系統(tǒng)；

b)設(shè)定PLI控制單元中的各項控制參數(shù)：激光參數(shù)、運動掃描參數(shù)、校驗參數(shù)；

c)數(shù)據(jù)采集、分析及處理軟件；

d)儀器校準和故障診斷測試；

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5.3泵浦激光

a)連續(xù)/準連續(xù)激光，偏振態(tài)由偏振器控制，激光波長、入射角、偏振態(tài)與被測樣品的實際使

用情況一致；

b)功率通過衰減器可連續(xù)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)過程光斑輪廓不改變，使熱變形引起的光熱信號被探測

到且不損傷樣品；

c)光路中的功率計在長時間掃描測量過程實時監(jiān)控激光功率；

d)泵浦光斑聚焦尺寸根據(jù)掃描測量區(qū)域大小、吸收掃描測量的空間分辨率和光熱信號信噪比

選擇。

5.4探測激光

a)連續(xù)波激光；

b)功率較小，在被測樣品中的吸收熱可忽略；

c)探測光斑在被測樣品表面或內(nèi)部兩束光交叉區(qū)域約為泵浦光斑的3倍。

5.5光學(xué)斬波器、鎖相放大器

光學(xué)斬波器對泵浦光束調(diào)頻進行周期性調(diào)制，獲得光熱信號的最佳信噪比。

鎖相放大器的頻率應(yīng)與泵浦光束的調(diào)制頻率設(shè)置一致，時間常數(shù)根據(jù)時間分辨率要求和光熱信

號信噪比設(shè)置。

5.6性能特性

5.6.1重復(fù)性

重復(fù)性用相對標準差RSD表示。要求同一樣品，在相同條件下連續(xù)測量10次，RSD≤5%。

5.6.2穩(wěn)定性

儀器穩(wěn)定性用極差RR表示，即測量過程最大值與最小值的差與平均值之比。RR≤10%。

5.7安全要求

a)根據(jù)GB7247.1-2012采取安全措施，設(shè)置防護罩、擋板，配帶激光防護眼鏡等；

b)按GB7247.1-20125.1~5.11的要求對儀器標記。

5.8儀器外觀

a)儀器所有電鍍表面不應(yīng)有脫皮現(xiàn)象；

b)噴漆或噴塑表面應(yīng)色澤均勻，不應(yīng)有明顯的擦傷、露底、裂紋、起泡現(xiàn)象；

c)外露零部件結(jié)合處應(yīng)整齊，無粗糙不平現(xiàn)象；

d)面板上的文字、符號、標志應(yīng)端正清晰。

5.9運輸、運輸貯存

吸收儀在包裝狀態(tài)下，貯存地點及周圍環(huán)境不應(yīng)有腐蝕性氣體，環(huán)境溫度、空氣相對濕度符合

GB/T25480-2010第3章的規(guī)定。室內(nèi)保持空氣流通，地面干凈。全部實驗完成后，將儀器至于正常

工作條件下進行檢驗，應(yīng)符合5.2~5.5要求。

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6試驗方法

6.1試驗條件

a)試驗均應(yīng)在5.1規(guī)定的條件下進行；

b)實驗前儀器配置激光器應(yīng)開機至少預(yù)熱30min，保持輸出穩(wěn)定；

c)設(shè)置鎖相放大器參數(shù)、斬波器頻率，滿足5.5;

6.2校準

6.2.1泵浦校準

泵浦激光校準。泵浦光束與探測光束調(diào)至同一高度，泵浦光束與探測光束焦點落在交點上。探

測光束對準光電探測器，測得最大信號值。調(diào)節(jié)圖1中5泵浦聚焦透鏡的XY調(diào)整軸，至功率計在

橫軸與縱軸獲得最大信號值。

6.2.2標片校準

標片的熱物理性質(zhì)與被測樣品相同，不含有任何非線性吸收成分。標片使用NewportFRQ-

ND02金屬中性密度濾光片。

與被測樣品相同實驗條件下，重復(fù)5次測量標片，結(jié)果取平均值，與標稱吸收率測量偏差≤

10%。

6.3試驗過程

通過電控掃描平移臺控制被測樣品的位置。在控制軟件中設(shè)置被測樣品的掃描測量區(qū)域和掃描

步長，對樣品進行光熱掃描測量，記錄每個掃描位置所對應(yīng)的光熱信號幅值和相位。光熱信號幅值

分布代表了被測樣品的吸收分布。對標片進行校準后，用已知絕對吸收率值的標片對光熱信號幅值

進行標定，利用式（1）~（2）計算被測樣品的吸收率絕對值：

?=??∕???................................................................（1）

?=(?/?0)?(?/?0)??0......................................................（2）

式中：

?光熱信號幅值?待測樣品吸收率

?0標片標定時光熱信號幅值?0標片吸收率

??光電探測器測得探測光束光強變化?樣品測量時泵浦光功率

???表示探測光的直流量?0標片標定時泵浦光功率

6.3.1表面（膜層）吸收和體（基板）吸收測量

按6.2.2對基體標片校準，樣品運動平臺按測試需求沿樣品深度方向運動，對樣品進行一維掃描

測量，得到被測樣品的吸收/吸收率的沿深度的分布。

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標定接近鍍膜表面的最大光熱信號幅值，計算表面（膜層）吸收。

標定遠離鍍膜表面的在基板內(nèi)部的光熱信號幅值，計算體（基板）吸收。

6.3.2二維/三維吸收分布測量

按6.2.2進行標片校準，樣品運動平臺按測試需求在二維/三維運動，對樣品進行二維/三維掃描

測量，得到被測樣品的吸收/吸收率的二維/三維分布。

6.3.3新泵源測量

更換泵浦光源后按照6.2.1進行泵浦光源校準，根據(jù)測試需求按照6.3.1~6.3.2進行測量。

6.4重復(fù)性

儀器的重復(fù)性用相對標準差表示，用式（3）計算：

n

(NN)2

11i

RSDi1100%

NNn1........................................（3）

式中：

N測量次數(shù)；

Nn次測量的平均計數(shù)值；

Ni第i次測量的計數(shù)值。

6.5穩(wěn)定性

儀器的重復(fù)性用相對標準差表示，用式（4）計算：

???

??=??????×100%.....................................................（4）

??

式中：

????測量過程中的測量結(jié)果最大值；

????測量過程中的測量結(jié)果最小值；

測量過程中的測量結(jié)果平均值。

7檢驗規(guī)則

7.1檢驗分類

儀器的檢驗分為出廠檢驗和型式檢驗。

7.2出廠檢驗

a)每臺儀器應(yīng)經(jīng)檢驗合格，并附有儀器合格證方能出廠。

b)出廠檢驗按報表1要求進行。

7.3型式檢驗

凡屬于下列情況之一者，應(yīng)按本標準進行型式檢驗：

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a)新儀器或者老儀器轉(zhuǎn)廠生產(chǎn)的試制定型鑒定；

b)正式生產(chǎn)后，如結(jié)構(gòu)、材料、工藝有較大改變，可能影響儀器性能時；

c)儀器長期停產(chǎn)，恢復(fù)生產(chǎn)時；

d)正常生產(chǎn)，按周期進行型式檢驗；

e)出廠檢驗結(jié)果與上次型式檢驗有較大差異時；

f)國家質(zhì)量監(jiān)督機構(gòu)提出進行型式檢驗要求時。

g)用戶提出進行型式檢驗的要求時。

表1PLI出廠檢驗和型式檢驗

序號項目對應(yīng)條款檢驗方案出廠檢驗型式檢驗

1重復(fù)性（RSD）5.7.16.3.4

2穩(wěn)定性（RR）5.7.26.3.5

3安全防護5.8目視

4儀器外觀5.9目視

5儀器成套性5.10目視

8標志、包裝、運輸及貯存

8.1標志

每臺吸收儀應(yīng)在主機外殼的明顯位置固定銘牌(標志)，其內(nèi)容包括下列各項:

a)制造廠名稱；

b)儀器型號；

c)儀器名稱；

d)商標；

e)制造日期或出廠編號。

8.2包裝

8.2.1儀器包裝應(yīng)符合GB/T13384中防潮、防震包裝規(guī)定。

8.2.2儀器裝箱應(yīng)具備以下條件：

a)裝箱單；

b)使用說明書；

c)質(zhì)量合格證。

8.3運輸及貯存

8.3.1運輸

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儀器在包裝完整的情況下,可用一般的交通工具運輸。運輸過程中應(yīng)按印刷的運輸標志要求進行

運輸作業(yè)，應(yīng)防止雨淋、翻倒、曝曬及劇烈沖擊。

8.3.2貯存

吸收儀在包裝狀態(tài)下，貯存地點及周圍環(huán)境不應(yīng)有腐蝕性氣體，環(huán)境溫度、空氣相對濕度符合

GB/T25480-2010第3章的規(guī)定。室內(nèi)保持空氣流通，地面干凈。

9質(zhì)量保證

在用戶遵守保管和使用原則的條件下，儀器自發(fā)貨之日起12個月內(nèi)，因制造質(zhì)量不良而不能正

常工作時，制造廠應(yīng)無償為用戶修理或更換零部件（不包括易損易耗件的調(diào)換）。

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參考文獻

[1]GB/T1.1-2020標準化工作導(dǎo)則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則

[2]GB/T1.2-2020標準化工作導(dǎo)則第2部分：以ISO/IEC標準化文件為基礎(chǔ)的標準化文件起

草規(guī)則

[3]GB/T3102.6-1993光及有關(guān)電磁輻射的量和單位

[4]GB/T15313-2008激光術(shù)語

[5]RB∕T047-2020檢驗檢測機構(gòu)管理和技術(shù)能力評價設(shè)施和環(huán)境通用要求

[6]GB/T18883-2022室內(nèi)空氣質(zhì)量標準

[7]GB/T25915.1-2021潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境第1部分：按粒子濃度劃分空氣潔凈度等級

[8]GB7247.1-2012激光產(chǎn)品的安全第1部分：設(shè)備分類、要求

[9]ISO23701:2023Opticsandphotonics—Laserandlaser-relatedequipment—Photothermal

techniqueforabsorptionmeasurementandmappingofopticallasercomponents

[10]GB/T12519-2021分析儀器通用技術(shù)條件

[11]GB/T13966-2013分析儀器術(shù)語

[12]GB/T13384-2008機電產(chǎn)品包裝通用技術(shù)條件

[13]GB/T25480-2010儀器儀表運輸、貯存基本環(huán)境條件及試驗方法

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newdevelopments[J].ProceedingsofSPIE-TheInternationalSocietyforOpticalEngineering,

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