光斑环围参量阵列测试法的测量不确定度

通过 大气传输 的激光束 、 受硬 边光 阑限制 的激 光束及非 稳腔激光 束等 ， 其光束质 量 的测 试和评价 在相关 研 究 中具有重要 地位 。焦斑二 阶矩半 径的发 散问题和 实测 困难Ⅲ使 得 因子 理论 难 以用 于上述 光束 的实 际
测量 。虽 已提 出渐近 分析法 和 自收敛 束宽法 等来克服 这一 困难 ， 并开 展 了相关 的测量 方法实 验研究嘲 ， 国际 但
理 的研 究 结果鲜见报 道 。一 方面 可能是过 去的研究 和测试 工作 中， 未对测 试结 果 的质量 明确地 提 出较 高 的要
求； 另一方 面可能是 由于作 为环 围参 量之一 的光斑环 围尺 寸的定义表 达式 不是显式 的 ， 使得 合成不 确定度 的计 算难 以人手 。随着对 实验分 析准确性 和可靠 性需求 的不断 提高 ， 以及 对不 同测 试设 备 和不 同测 试方 法 的测试 结果及 其质量进 行 比较 的需要 ， 亟待 开展光斑 环 围参 量及 其测量 不确 定度 的计 算 和评 定 的研究 。本 文从 光斑 环 围参 量的定义 出发 ， 根据不确 定度传 递 律 ， 立 了环 围参 量计 算 及其 测 量不 确 定 度评 定 的一 套 较完 整 的方 建
法。
１ 光 斑 环 围参量 表 达 式
Ｉ １ 环 围 参 量 的 定 义 ．
光斑环 围参量包 括环 围功率 和环 围尺 寸 。环 围功率是 以某点 （ 斑质 心 、 光 或几 何 中心 、 或强度 峰值点等 ） 为
中心 的一定 尺寸 的某 种形状 （ 、 正方形 、 圆 或 或椭 圆 、 或长方形 等 ， 由近场光束 及其远 场光斑 特性决定 ） 的闭 区域
其正确性 。
关 键 词 ： 光 学技 术 与 仪 器 ； 光 学 测量 ； 不确 定 度 传 递 律 ； 阵 列探 测器 ； 光 斑 环 围参 量 ； 测 量 不 确 定 度
中 图分 类 号 ： ＴＨ７ ４ 文献 标 志 码 ： Ａ ｄ ｉ１ ． ７ ８ ＨＰ Ｂ２ １ ２ ０ ． ７ ６ ｏ ： ０ ３ ８ ／ ＬＰ Ｏ １ ３ ７ １ ４
强度分布 的测量 误差 必将 传递 到光斑环 围参量计 算结果 中 ， ］ 导致 环 围参量 测 量误 差 。只有 在实 际测 试结 果
的报告 中明确表 示出环 围参量及 其测量不 确定度 ， 才能对 测试 结果 及相 关实 验现 象进 行深 人 的分 析并 作 出可 靠 的判断 ， 才能满 足精密科 学实验研 究 的要 求 。有关 光斑 环 围参 量及 其 测量 不确定 度 的 可应用 于 实际 数据 处
近似 环 围功 率 法 、 确 环 围 功率 法 和 等 效 环 围 尺寸 法 ， 出 了零 阶 近似 下 环 围 参 量 离 散形 式 的计 算 表达 式 。根 准 给 据不 确 定 度 传 递律 ， 导 了基 于 等 效 环 围 尺寸 法 的环 围 参 量测 量 不 确 定 度 的 一般 表 达 式 ， 论 了常 见 简化 条 件 推 讨
摘
一
要 ： 为 评 定 光斑 环 围参 量 （ 包括 环 围功 率 和环 围尺 寸 ） 列 测 试 法 的测 量不 确 定 度 ， 出 了环 围参 量 阵 给
般 形 式 的定 义 和 连续 形 式 的计 算 表达 式 ， 纳 并 比较 了阵列 测 试 法 下 光 斑 环 围参 量 的 ３种 常用 计 算 方 法 ， 归 即
标准化 组织仍 未规定该 类光束 的光束 质量计算 与测量 方法 。光 束质量 因子是评 价光学系 统性能 的重要 指标
之一 ， 是常用 的光束质 量评 价方法［ ］该 因子 的获得是 以光斑 环 围参量 （ 也 ４ ， 即环 围功 率 和环 围尺 寸 ） 的测 量 为 前提 的。测量焦 斑 （ 即远 场光斑 ） 围尺 寸 的套孔 法难 以用 于光斑 不 稳定 的场 合 。根 据 测量 不确 定度 传递 律 ， 环
下 的环 围 参 量测 量 不 确 定 度 表 达式 。建 立 了 光斑 环 围参 量 计算 及 其 不 确 定 度 评 定 的一 套 斑 为 例 ， 到 了简 化 条件 下 的环 围 参 量测 量 不 确 定 度 的解 析 表 达 式 ， 用 数 值模 拟法 验 证 了 得 并
光 斑 环 围参 量 阵 列 测 试 法 的 测 量 不 确 定 度
高学燕 ， 何均章 ， 袁学文 ， 谢川林 关有光 ， 苏 毅 ，
（ ．中国 工 程物 理 研 究 院 应 用 电 子学 研 究 所 ，四川 绵 阳 ６ １ ０ ； ２ １ ２ ９ ０ ．中 国 工 程物 理 研 究 院 研 究生 部 ，北 京 １０ ８ ） ０ ０ ８
内包含 的功率 。闭区域称 为环围 区域 ， 其尺 寸即为环 围尺 寸 。经 过光 斑总 功率 归一 化后 的环 围功率 称为 环 围 功率 比 １显 然 ，≤ １ ７ ， ０ ≤ 。对 给定 的光 斑 ， 围尺寸越 大 ， 环 则环 围功率 比越 大 ， 反之 亦然 。环 围功率 比 叩 对应 所
第 ２ ３卷 第 ７期
２１ ０ １年 ７月
强 激 光 与 粒 子 束
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Ｖｏ ＿ ３ ｌ ２ ，ＮＯ ７ ．
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文 章编 号 ： Ｉ Ｏ 一 ３ ２ ２ ｌ ） ７ １ ４ —７ Ｏ Ｉ４ ２ （ Ｏ ｉ ０ — ７ ６０
的环 围 尺 寸 称 为 ７环 围 尺 寸 。 ７
针 对 不 同 的 环 围 区 域 形 状 ， 围 尺 寸 有 不 同 的含 义 ： 圆 形 环 围 区 域 ， 为 圆 半 径 ； 正 方 形 ， 为 其 半 边 环 对 则 对 则 长 ； 椭 圆 ， 为 长 半 轴 （ 半 轴 由短 半 轴 和 长 半 轴 的 给 定 比 值 ａ确 定 ）对 长 方 形 ， 为 半 长 （ 宽 由半 宽 和 半 对 则 短 ； 则 半