RAPORT DE CERCETARE Nr. 9 / 21.09 - ssll.inflpr.rossll.inflpr.ro/ISOTEST/Raportari/R9.pdf- Testare /...

PROGRAMUL OPERAŢIONAL SECTORIAL CREŞTEREA

COMPETITIVITĂŢII ECONOMICE

AXA PRIORITARĂ 2 – COMPETITIVITATE PRIN CDI

Operaţiunea 2.1.2: "Proiecte CD de înalt nivel ştiinţific cu participarea unor

specialişti din străinătate"

Titlul / Acronimul proiectului: Facilitate pentru diagnoza de fascicul laser si

caracterizare / certificare ISO a comportarii componentelor optice / materialelor sub

actiunea fasciculelor laser de mare putere / ISOTEST.

RAPORT DE CERCETARE Nr. 9 / 21.09.2012

Perioada de raportare: 23.06.2012 – 21.09.2012

2

INFLPR

Sectia Laseri

Raport de Cercetare nr. 9 / 21.09.2012

In cadrul activitatilor prevazute pentru a 9-a perioada de raportare (23.06.2012 –

21.09.2012) au fost obtinute urmatoarele rezultate:

Activitatea 2.3. Teste preliminare si finale pentru optimizarea functionarii instalatiei automate

privind derularea automata a procedurilor de masurare, detectarea PDCL, achizitia si

procesarea datelor furnizate de senzorii de masura.- Realizat.

A fost receptionata Etapa 4 (ultima) a contractului DELISOFT, intitulata "Asistenta si

modificari ale software-ului de operare pe durata testelor tehnologice de optimizare a procedurii

automate S-on-1". In cadrul acestei etape au fost aduse ultimile imbunatatiri si a fost definitivat

programul software de operare al procedurii S-on-1 pentru masurarea pragului de distrugere in

camp laser (PDCL) a suprafetelor optice, conform ISO 21254-2:2011.

Testele finale pentru optimizarea functionarii instalatiei automate ISOTEST in procedura

ISO S-on-1 de masurare a PDCL au fost efectuate pe statia automata in pulsuri de nanosecunde in

perioada 05.05.12 – 06.07.12. Rezultatele obtinute au demonstrat o functionare corecta a

procedurii automate S-on-1, conform cerintelor tehnice de arhitectura si operare cuprinse in

Caietul de sarcini 01-10.03.2011.

Componente optice de test au fost furnizate de Ophir Optics SRL (Newport-Ophir, Israel).

Rezultatele specificate mai sus sunt sintetizate in P.V. de Receptie Finala nr. 1170/06.07.2012

incheiat cu DELISOFT SRL, prezentat in ANEXA 1 a prezentului raport de cercetare.

Activitatea 2.4. Intocmirea documentatiei pentru acreditare RENAR. Se vor defini operatiunile

de certificare pentru care se solicita acreditarea RENAR, tinand cont de prioritatile potentialilor

beneficiari ai facilitatii ISOTEST. - Realizat.

A fost intocmit dosarul tehnic pentru RENAR, Asociatia de Acreditare din Romania, in

vederea acreditarii Sectiei Laseri din INFLPR ca Organism de Evaluare a Conformitatii (OEC)

pentru urmatoarele proceduri de test dezvoltate in cadrul proiectului ISOTEST:

- Masurare /certificare PDCL a componentelor optice prin Testul S-on-1, conform cu standardul

ISO 21254-2:2011;

- Testare / certificare fiabilitate a componentelor optice in camp laser prin Testul tip 2, conform cu

standardul ISO 21254-3:2011.

Dosarul RENAR include urmatoarele documente:

3

- Cerere pentru acreditarea Sectiei Laseri din INFLPR;

- Lista cu documente normative aplicabile domeniului solicitat (standardul SR EN ISO/CEI 17025

: 2005);

- Lista domeniilor pentru care se solicita acreditarea (Incercarea rezistentei componentelor optice

in camp laser);

- Lista echipamentelor OEC incluse in Statia Automata de masurare PDCL in pulsuri laser de

nanosecunde;

- Manualul calitatii – management;

- Matrici de corespondenta (Competenta, Personal si Documentatie OEC);

- Protocolul de operare pentru procedurile ISO S-on-1 si Fiabilitate tip 2 efectuate pe Statia

Automata in pulsuri laser de nanosecunde.

Protocolul de operare S-on-1 / Fiabilitate tip 2 este prezentat in ANEXA 2 a prezentului

raport.

Activitatea 2.5. Efectuare de teste / masurari conform procedurilor ISO elaborate si

implementate privind:

- Diagnoza de fascicul pe laseri in pulsuri scurte / ultrasurte dezvoltati de INFLPR: sistemul

oscilator; microchip – amplificator in pulsuri de sute de picosecunde si sistemul laser in

femtosecunde CPA-2101.

- Diagnoza de fascicul pe laseri / echipamente laser portabile cu emisie in unda continua sau

pulsat;

- Masurarea PDCL, a fiabilitatii componentelor optice pe laseri in pulsuri scurte / ultrasurte

dezvoltati de INFLPR. Realizat partial, conf. Calendar.

Au fost efectuate:

Masurari conform ISO 11146-1:2005 privind diagnoza de fascicul pe oscilatorul microchip al

sistemului laser Nd;YAG cu emisie in pulsuri de sute de picosecunde la lungimea de unda de

1064 nm, realizat in Sectia Laseri din INFLPR. Frecventa de repetitie a pulsurilor generate de

sistemul laser este de 1 kHz la o putere medie de fascicul de 1 mW, corespunzatoare unei energii

laser per puls de 10 µJ. Fasciculul laser este polarizat liniar.

Au fost masurati urmatorii parametri de propagare ai fasciculului laser:

- dimensiunile transversale minime de fascicul (talia), dσ0, exprimate in momente de ordinul 2;

- pozitia taliei, z01, pe axa de propagare a fasciculului;

- lungimea Rayleigh in jurul taliei, zR1;

- factorul de merit (parametrul de propagare) M2;

4

- divergenta unghiulara σ1 (unghiul intreg).

Masurarile au fost efectuate atat in aproximatia de fascicul laser stigmatic (fascicul cu

distributie circulara a densitatii de putere in plan transversal pe directia de propagare), cat si in

aproximatia de fascicul aliniat simplu astigmatic (fascicul cu distributie transversala de densitate

de putere eliptica, orientarea axelor principale ale elipsei ramanand constanta si aliniata cu axele x

si y, la diferite distante de propagare ale fasciculului). Abaterea standard a rezultatelor masurarilor

a fost de ± 1 %. Rezultatele detaliate ale masurarilor sunt aratate in ANEXA 3 a prezentului

raport.

Masurari conform ISO 11146-1:2005 privind diagnoza de fascicul pe doua sisteme laser

portabile cu emisie in unda continua la lungimea de unda de 633 nm: laser He-Ne tip 3222H-PC

(Hughes, SUA) si laser He-Ne 1105P (JDS Uniphase, SUA). Fasciculele generate de cei doi

laseri sunt polarizate linar, puterea laser emisa fiind de 2,6 mW si respectiv de 6,3 mW.

Masurarile au fost efectuate in aproximatia de fascicul laser stigmatic si in cea de aliniat simplu

astigmatic.

Au fost masurati urmatorii parametri de propagare ai fasciculelor laser: diametrul taliei dσ0,

pozitia taliei z01, lungimea Rayleigh zR1, factorul de merit M2, divergenta unghiulara σ1. Abaterea

standard a rezultatelor masurarilor a fost cuprinsa in limitele ± (1 % - 4 %). Rezultatele detaliate

ale masurarilor sunt aratate in ANEXA 4 (laser Hughes) si in ANEXA 5 (laser JDS Uniphase) ale

prezentului raport.

Masurari PDCL prin procedura S-on-1 conform ISO 21254-2:2011 pe statia automata in

pulsuri de nanosecunde pe doua tipuri de componente optice furnizate de Ophir Optics SRL:

oglinda metalica de mare reflectivitate in vizibil - infrarosu apropiat si substrat nedepus din sticla

de cuart polisat cu rugozitate de cca 1.5 nm (r.m.s, masurata cu microscop de forta atomica pe o

arie de 50 m x 50 m).

In Fig. 1 este aratata caracteristica de distrugere a oglinzii metalice (densitatea de energie

laser la pragul de distrugere functie de numarul de pulsuri laser aplicate pe proba), determinata

experimental de programul software al procedurii S-on-1.

5

100

101

102

103

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

1

2

3

4

Y

X

Fig. 1. Characteristic damage curve of the sample.

X – number of pulses, N (N ≤ S) for which the damage probability is calculated;

Y – threshold energy density, H(N) (J/cm2);

1 – threshold energy density at 0 % damage probability, H0(N) – experimental data;


3 – H0(N) - nonlinear fit*1

;


.

Prin extrapolarea caracteristicii de distrugere pentru un numar mare de pulsuri, a rezultat o

densitate de energie laser la prag (probabilitate de distrugere 0 %) de 0,5 J /cm2, pentru 10

8 pulsuri

laser cu durata efectiva de 5,7 ns aplicate pe oglinda. Incertitudinea standard a masurarii a fost de

± 20 %.

In Fig. 2 este aratata caracteristica de distrugere a substratului de cuart topit determinata

experimental de programul software al procedurii S-on-1.

100

101

102

103

40

50

60

70

80

90

100

1

2

3

4

Y

X

6







;

4 – H50(N) - nonlinear fit*1 .

Prin extrapolarea caracteristicii de distrugere pentru un numar mare de pulsuri, a rezultat o

densitate de energie laser la prag de 39 J /cm2, pentru 10

8 pulsuri laser cu durata efectiva de 5,7 ns

aplicate pe substrat. Incertitudinea standard a masurarii a fost de ± 20 %. Raportul de Test al

substratului de cuart topit este prezentat in ANEXA 6 a prezentului raport.

Au fost initiate primele teste preliminare privind masurarea PDCL prin procedura S-on-

1conform ISO 21254-2:2011 pe statia automata in pulsuri de femtosecunde care utilizeaza

sistemul laser in femtosecunde CPA-2101 Clark-MXR (durata de puls 200 femtosecunde, energie

pe puls 0,6 mJ, frecventa de repetitie 2 kHz, lungimea de unda 775 nm) ca sursa laser de test.

Testele au fost realizate pe o oglinda laser partial transparenta in domeniul spectral 700 nm –

1100 nm din infrarosul apropiat.

Au fost obtinute primele caracteristici de probabilitate de distrugere ridicate experimental de

programul software al procedurii S-on-1, asa cum se arata in Fig. 3.

Fig. 3. Statia automata in pulsuri de femtosecunde: Interfata grafica a programului S-on-1 in timpul

secventei automate de ridicare a caracteristicii de probabilite de distrugere P100000 (pentru un numar de

max. 105 pulsuri aplicate pe siturile de test).

In acest stadiu, principalii parametri de proces urmariti sunt:

- inregistarea corecta in baza de date a numarului de pulsuri laser si a energiei medii per puls

aplicate pe siturile interogate, in noile conditii de operare specifice testului cu pulsuri de

7

femtosecunde (pulsuri laser de test cu frecventa de repetitie ridicata (2 kHz) si un numar mare de

pulsuri (105) aplicate pe siturile de test.

- optimizarea numarului de intervale de energie laser utilizate in ridicarea caracteristicilor de

probabilitate de distrugere, luand in considerare mecanismele de distugere optica specifice

pulsurilor ultrascurte.

Activitate 4. Informare şi publicitate privind proiectul. Realizat partial, conf. Calendar.

Lucrari stiintifice:

1 lucrare trimisa spre publicare la Applied Optics (manuscript ID 173910): “Measuring the

effective duration of nanosecond and femtosecond laser pulses”, Authors A. Zorila, L. Rusen,

A.Stratan, G. Nemes.

1 lucrare prezentata la conferinta SPIE "Advanced Topics in Optoelectronics,

Microelectronics and Nanotechnologies", ATOM-N 2012, 23 - 26 August 2012, Constanta,

Romania: "Measuring the effective duration of laser pulses", A. Zorilă, L. Rusen, A. Stratan, G.

Nemeş.

2 lucrari redactate pentru prezentare la SPIE Laser Damage Symposium XLIV: Annual

Symposium on Optical Materials for High Power Lasers, 23-26 Sept. 2012, NIST, Boulder,

Colorado, USA:

- "Effective area of pulsed laser spots within ISO 21254-1,2,3 standards: critical analysis,

extensions, and measurements in near ultraviolet - near infrared domain", Paper 8530-72,

Authors: G. Nemes, A. Stratan, A. Zorila, L. Rusen.

- "Automated test station for laser-induced damage threshold measurements according to ISO

21254-1,2,3,4 standards ", Paper 8530-80, Authors: A. Stratan, G. Nemes, A. Zorila, L. Rusen, S.

Simion, C. Blanaru, C. Fenic, L. Neagu.

Concluzii

Apreciem ca au fost indeplinite activitatile prevazute pentru perioada de raportare

23.06.2012 –21.09.2012. Pana in prezent nu sunt de semnalat factori care ar putea intarzia

derularea planificata a activitatilor proiectului.

Director proiect Director stiintific,

Dr. George Nemes Dr. Aurel Stratan

8

ANEXA 1

11

ANEXA 2

Procedurile tehnice ale încercării de distrugere a suprafeţelor optice în câmp

laser

Statia Automata in pulsuri de nanosecunde

Protocol de Operare

I. Test S-on-1 (ISO 21254-2:2011)

II. Test Fiabilitate tip 2 (ISO 21254-3:2011)

I. Test S-on-1

1. Cuplarea echipamentelor la reteaua stabilizata 220 V c.a.:

- Sursa de alimentare laser Brilliant B-IR-10: comutatorul de retea cu cheie pe pozitia 1 (se

aprinde lampa LASER ON).

Indicator luminos

- Modul OP/BB/SLM laser Brilliant B-IR-10: intrerupatorul de retea de pe panoul spate pe

pozitia 1;

pe panoul frontal: comutatorul cu cheie SYSTEM PWR pe pozitia 1 (se aprinde LED-ul

POWER),

Cheie pornire Led pornire Comutator mod

comutatorul MODE pe pozitia AUTO.

- Monitor energie LabMax-TOP.

Cheie

12

- Analizor fascicul laser BGP-FWB-GRAS20. Se verifica daca este conectata la laptop placa de

achizitie si daca aceasta este alimentata cu alimentatorul dedicat.

- Osciloscop Tek. DPO 7104.

- Sursa de alimentare 24 V c.c.

- Unitatea DSP. Se porneste din comutatorul de retea si se apasa tasta "zero" de pe tastatura

pentru a aduce motoarele in pozitia initiala.

- Controler obturator fascicul CX2450B. Dupa pornire se armeaza prin apasare pe butonul rosu

(ledul verde indica activarea starii de armare).

2. Se asteapta 20 minute pentru intrarea echipamentelor in regim termic stationar.

13

3. Activarea emisiei laserului Brilliant B-IR-10 cu telecomanda RB07:

3.1. Setarea / verificarea setarii parametrilor laser pe valorile nominale prestabilite:

- Lampile flash: tensiunea de alimentare 1520 V, sincronizare interna.

- Pulsul laser Q-switch: intarzierea intre aprinderea lampilor flash si generarea pulsului

laser 220 μs, frecventa de repetitie 10 Hz, regim Q-switch Auto (repetitiv).

Configurarea se face din urmatoarele meniuri

3.2. Alimentarea cu energie a lampilor flash si intrarea sistemului laser in regim de emisie Q-

Switch, pe un singur mod longitudinal (SLM), se face prin apasarea butoanelor Start Flashlamp si

Start Q-switch

1. Oprire urgenta

2. Led pornire (cheia este in poz 1)

3. Led stare laser (solid cand este pregatit)

4. Led pornire lampi flash

5. Buton pornire current Simmer

6. Buton pornire lampi flash

7. Buton oprire lampi flash

8. Emisia unui singur puls laser

9. Pornire laser in mod repetitiv

10. Oprire emisie laser

11, 12, 13, 14, 15 Butoane operare meniu

16. Afisaj alfanumeric

14

4. Se monitorizeaza profilul temporal al pulsurilor laser, masurat cu fotodioda UPD-200-UD

si osciloscopul Tektronix DPO 7104. Se asteapta cca. 30 minute, pana la stabilizarea profilului

temporal al pulsului laser in regim SLM, asa cum se arata in Fig. 1. Setup-ul de masurare al

procedurii ISO S-on-1 in pulsuri de nanosecunde este aratat schematic in Fig. 2 (vezi pag. 18 a

prezentului raport).

Fig. 1. Profil temporal tipic al pulsurilor laser in regim SLM.

5. Curatirea si inspectia probei de test conform procedurii descrise in ANEXA 1.

6. Masurarea duratei efective a pulsurilor laser (ANEXA 2).

7. Masurarea ariei efective a spotului laser pe suprafata probei (ANEXA 3).

8. Calibrarea monitorului de energie LabMax-TOP ( ANEXA 4).

9. Se deschide programul software de operare al procedurii S-on-1 si se executa secventele

succesive ale programului de operare (ANEXA 5).

15

ANEXA 2-1

Curatirea probei de test

Pentru curatirea probei sunt necesare: manusi de latex, servetele pentru componente

optice, alcool tehnic, penseta, betisoare cu bumbac, spray cu aer comprimat.

Se analizeaza proba optica la microscop si in functie de gradul de contaminare (grasime,

particule de praf) se parcurg urmatoarele etape:

Daca se observa doar particule de praf pe suprafata, se sufla cu un jet de aer comprimat pe

suprafata componentei optice si se reanalizeaza la microscop.

Daca inca este contaminata cu particule de praf sau daca prezinta urme de grasime, se va

sterge prin procedura de tragere cu un servetel special pentru componente optice umezit cu alcool

tehnic.

Daca contaminarea persista se vor folosi betisoarele cu bumbac umezite cu alcool pentru

curatire, dupa care se reia stergerea prin tragere cu servetel de hartie.

Un video cu detalii realizat de Edmund Optics se gaseste la adresa

youtu.be/SPGgeFGBkXg.

http://youtu.be/SPGgeFGBkXg

16

ANEXA 2-2

Masurarea duratei efective a pulsurilor laser

Standardul ISO 21254-1 defineste durata efectiva τeff de puls prin raportul dintre energia Q

si densitatea maxima de putere Pmax a pulsului laser de test:

τeff = Q/Pmax.

Setare osciloscop Tektronix DPO 7104

1.a. Se seteaza osciloscopul pe urmatoarele valori: banda 1 GHz, orizontal 5 ns/div, vertical

50mV/div.

1.b. Setarile se incarca automat prin alegerea setup-ului "teff setup.set" asa cum se arata mai jos:

- Se selecteaza File > Recall

- Se selecteaza Setup

- Se selecteaza "teff setup.set"

- Se selecteaza Recall

2. Se selecteaza trigger-ul cu canalul 1 (canal la care este conectata fotodioda)

3. Pentru achizitie se va selecta modul de mediere a 50 de pulsuri din meniul

Horiz/Acq > Acquisition mode > Average > 50 samples

1

2

3

4

17

4. Se selecteaza urmatoarele optiuni de masurare automata a formei de unda:

Measure > Amplitude > Maximum (Vpk)

Measure > More > Area (Apuls sau Azgomot)

5. Masurarea duratei pulsului se efectueaza prin parcurgerea urmatoarelor etape:

a. Se regleaza energia laser incidenta pe fotodioda cu atenuatori optici astfel incat raspunsul fotodiodei

(amplitudinea semnalului pe ecranul osciloscopului) pe o sarcina de 50 Ω sa aiba amplitudinea de 400

mV - 450 mV, in zona centrala a domeniului de raspuns liniar al fotodiodei UPD-200-UD. Se

selecteaza o sensibilitate de 50 mV/div, pentru a expune profilul temporal al pulsului laser pe intreaga

scala verticala a osciloscopului. In acest fel se minimizeaza influenta zgomotului asupra acuratetei

masurarii duratei efective a pulsului laser.

b. Se masoara simultan aria profilului temporal al pulsului laser, Apuls, amplitudinea raspusului

fotodiodei, Vpk, (proportionale respectiv cu Q si Pmax), si aria zgomotului, Azgomot (cu fasciculul laser

blocat). Durata efectiva a pulsurilor laser se determina cu relatiile

Asemnal = Apuls – Azgomot si ][][

][ns

VV

VnsA

pk

semnal

eff

.

c. Se salveaza o imagine a formei de unda pentru raportul de testare.

18

ANEXA 2-3

Masurarea ariei efective a spotului laser pe suprafata probei

Standardul ISO 21254-1 defineste aria efectiva Aeff a spotului laser ca fiind data de

raportul dintre energia Q si densitatea maxima de energie Hmax a pulsului laser incident pe

suprafata probei:

Aeff = Q/Hmax.

Aria efectiva a spotului laser se masoara cu un analizor de fascicul laser BGP-FWB-GRAS20 cu

camera CCD. Apertura camerei CCD si suprafata probei de test sunt egal distantate (acelasi drum

optic) fata de optica de focalizare (v. Fig. 2). In acest caz, marimile Q si Hmax reprezinta energia,

respectiv densitatea max. de energie a pulsului laser incident pe apertura camerei CCD.

Fig. 2. Schema setup-ului experimental pentru procedura S-on-1.

S – obturator fascicul laser; P, polarizor; L, lama semiunda in montura de rotatie; M1, M2 – oglinzi laser

total reflectante;

Pentru masurarea ariei spotului laser sunt necesare urmatoarele etape:

Conectarea analizorului de fascicul la laptop cu prin adaptorul FireWire – PCIExpress;

Alimentarea adaptorului FireWire – PCIExpress cu tensiune;

Conectarea cablului de trigger la semnalul de iesire din laser al lampilor flash;

Pornire soft BeamGage Professional si incarcare “Setup ns”;

Fascicul

laser

M2

M

1

P

P L

Laser pulsat

BRILLIANT-b-SLM

Diagnoza fascicul

Detector de

sit distrus

Optica de

focalizare

Atenuator

variabil

variabil

S

Fotodioda

DT

Analizor fascicul

Detector

de energie

Proba

Osciloscop

digital

Control

Polarizare

Procesor Digital

de Semnale

Translatii x-y

19

In meniul source se seteaza timpul de expunere la aprox. 5 ms .

Se activeaza intrarea trigger.

In meniul Computations sa fie active optiunea Statistics cu 20 frameuri.

Se deschide fisierul “Calculator arie efectiva.xls”.

Se verifica daca formula din coloana E corespunde cu cea afisata mai jos

(=PRODUCT(D3;4.5))

Se regleaza energia pulsului laser incident pe camera CCD astfel incat maximul pe pixeli afisat

pe camera sa fie aproximativ 15 000 cnts.

Se calibreaza sistemul cu optiunea Ultracal.

Se introduc pe coloanele A si B valorile medii de la TOTAL, respectiv PEAK, care sunt

marimi adimensionale proportionale cu energia Q si, respectiv, densitatea max. de energie Hmax a

pulsului laser incident.

Se verifica daca in meniul aperturii este setarea “Circle” selectata, se introduce valoarea din

coloana E (tabel excel) la coordonata W (meniu apertura BeamGage) si se centreaza apertura pe

maxim cu drag & drop.

20

Se repeta masurarea cu noua apertura si se trec datele in tabel pana cand in coloana F vom avea

doua valori consecutive sub 1 %. Se noteaza ultimele valori ale diametrului si ariei din fisierul

Excel si se salveaza o poza cu un profil 3-D reprezentativ al spotului laser.

ANEXA 2-4

Calibrarea monitorului de energie LabMax-TOP

Calibrarea energimetrului ME1 se face prin introducerea in setup a unui energimetru

secundar (ME2) si corectarea indicatiei ME1 cu un factor de castig.

Pe ME1, compus din monitorul de energie LABMAX TOP si capul de masura J-25MT-10KHz,

ajunge o fractiune de aproximativ 4 % din energia fasciculului principal, fractiune reflectata pe

fata unei pene de quartz. Pe ME2, compus din monitorul de energie LABMAX TOP si capul de

masura J-50MB-YAG ajunge energia de test (cu care este iradiata si proba).

Calibrarea se face astfel:

- Se seteaza energia pulsurilor laser la iesirea din atenuatorul variabil la un nivel de ≈ 5 mJ per

puls.

- Se pozitioneaza ME2 cat mai departe in fasciculul principal, astfel incat spotul laser sa fie

suficient de mare pentru a nu produce distrugeri pe suprafata detectorului (≈ 5 mm diametru).

21

- In fata detectorului ME2 se pune o apertura de 10 mm diametru pentru a impiedica radiatia

difuzata de detector sa ajunga inapoi pe ME1.

- Se regleaza castigul electronic al monitorului de energie ME1 pana cand indicatiile celor doua

monitoare sunt egale.

Castigul electronic se regleaza astfel:

a. In meniul SETUP, se roteste butonul de Selectare pentru a muta indicatorul pana la randul cu

sub-meniul Gain Compensation.

b. Se apasa pe butonul de selectare ENTER/ SET pentru a accesa primul camp.

c. Rotiti butonul de selectie pentru a schimba campul Gain Compensation in ON dupa care se

apasa ENTER/SET pentru a muta caseta de editare in campul de valoare Gain Compensation

(afisat in figura cu valoarea 000001.000).

d. Rotiti butonul selectare pentru a schimba valoarea numerica pe fiecare digit. Folositi tastele

directionale (<<- si ->>) pentru a schimba digitul.

e. Se apasa ENTER/SET pentru a salva valoarea si se apasa Exit.

FL

W1

ME

2

Energimetrue ME

1

Buton Selectare

Rotire pentru

deplasare

Apasare pentru setare

22

ANEXA 2-5

Aplicatia software de operare a procedurii S-on-1

Secventele succesive ale programului de operare S-on-1 se executa utilizand interfata grafica a

aplicatiei software, dupa cum urmeaza:

1. Setarea parametrilor de proces

2. Centrarea probei

In meniul Periferals din aplicatie se intra la sectiunea DSP.

Se seteaza numele bazei de date in care se salveaza atat

parametrii de masurare cat si datele experimentale

Se seteaza raza ariei optice a probei ce urmeaza sa fie testata

Se seteaza raza sitului explorat (deff/2 conf. anexa 3)

Se seteaza distanta dintre siturile explorate

Se selecteaza tipul laserului de test

Se selecteaza si se defineste daca este cazul o harta rectangulara

Se apasa butonul OK pentru a merge la pasul urmator

23

Dupa trimiterea comenzii, DSP-ul va muta masutele de translatie x si y la coordonatele 25 mm si

25 mm. In acest moment este activa tastatura DSP si butonul de deschidere a Shutter-ului. Se

monteaza proba martor cu orificul de centrare si se deschide Shutter-ul pentru a verifica

pozitionarea fasciculului laser prin orificiul de centrare al probei martor.

Proba martor

Se seteaza portul si se apasa butonul de conectare

Se apasa butonul pentru refresh status

“OK” indica pozitia motorului in zero

Se alege comada “Center Sample” si se apasa

butonul de trimitere a comenzii

Buton trimitere comanda catre DSP

Orificiu centrare

24

Se ajusteaza din butoanele tastaturii cordonatele masutelor de translatie pana cand proba este

centrata.

Dupa centrare se apasa pe tastatura "* " pentru a memora in DSP coordoatele centrului si se apasa

OK pe fereastra aparuta in aplicatie.

3. Calibrarea atenuatorului variabil

Pentru a obtine o inalta stabilitate a emisiei laser, sistemul laser de test trebuie sa

functioneze in mod continuu (fara intreruperi), parametrii de fascicul (energia, durata, frecventa

de repetitie a pulsurilor laser, structura de moduri longitudinale de oscilatie) fiind mentinuti

constanti pe intreaga durata a procedurii de test.

Ca urmare, este necesar sa utilizam un atenuator variabil extern, care permite reglarea

energiei laser in gama dinamica solicitata de procedura de test. Atenuatorul este alcatuit dintr-un

polarizor de intrare P1, o lama semiunda LS montata intr-o montura de rotatie actionata de un

motor pas cu pas controlat prin calculator si un polarizor de iesire P2 care transmite fasciculul

atenuat pentru proba de test (Fig. 3).

Fig. 3. Schema optica a atenuatorului variabil.

P1, P2: polarizori lama; LS, lama semiunda; Q0, energia pulsului liniar polarizat incident pe lama

LS; Q, energia pulsului la iesirea din atenuator. D1, D2: absorbanti optici.

Fasciculele reflectate de cei doi polarizori sunt disipate in absorbantii optici D1, D2.

Polarizorul P1 este orientat paralel cu directia de polarizare a fasciculului laser, care este 75 %

Grup deplasare inainte

Grup deplasare inapoi

Viteza deplasare

Mica Moderata Mare

Laser de test

D1

D2

LS

Q0 Q P2

P1

25

liniar polarizat in plan orizontal, astfel incat sa transmita maximum de energie laser liniar

polarizata spre lama LS. Polarizorul P2 este montat antiparalel fata de P1, pentru a evita

transalatia fasciculului in plan transversal la trecerea prin atenuator. Initial, lama semiunda este

rotita pe pozitia initiala α = 0. Daca neglijam energia reziduala transmisa in pozitia initiala (Q =

0), atunci energia de iesire Q functie de unghiul α de rotatie a lamei LS fata de pozitia de extinctie

este data de legea lui Malus

)2(sin)( 2

0 QQ , (1)

unde Q0 este energia pulsului laser incident pe polarizorul P2.

Procedura de calibrare

Caracteristica Q(α) se determina experimental prin masurarea unui numar de n valori

discrete Q(αi), unde αi apartine intervalului [0o

- 45o]. Numarul n de puncte experimentale se

determina din conditia ca eroarea de extrapolare a caracteristicii teoretice data de ecuatia (1) sa fie

mai mica decat rezolutia in energie a sistemului laser (≈ 1 %). Daca Δα este separarea unghiulara

intre doua puncte succesive Q(αi), Q(αi + Δα), atunci eroarea de extrapolare ΔQ in aproximatia

liniara este data de relatia (v. Raport de Cercetare RC 3 / 16.03.2011, Anexa 1):

4cos)( 2

0

Q

Q (2)

Conform ec. (2), eroarea relativa de extrapolare εQ este maxima la extremitatile domeniului de

variatie a energiei de iesire, pentru α =0o si α =45

o:

2

0

)(

Q

QQ (3)

Din ec. (3) rezulta ca, pentru o separare unghiulara Δα = 1o, eroarea relativa de extrapolare este de

ordinul εQ ≈ 10-3

, valoare care este neglijabila in raport cu abaterea standard (rms) a energiei

pulsurilor laser, rms ≈ 10-2

.

Setarea parametrilor de calibrare:

- Unghiul minim, αmin, care determina energia de lucru minima Qmin;

- Unghiul maxim, αmax, care determina energia de lucru maxima Qmax

- Numarul de pasi n (numar de puncte discrete Q(αi)),

minmax1n ;

- Numarul de pulsuri laser pe care se face statistica.

26

Setarea energiei de test

Programul calculeaza energia laser Qnext pentru interogarea sitului urmator pe baza datelor

obtinute pe siturile interogate anterior. Pentru setarea atenuatorului pe valoarea Qnext programul

efectueaza pasii urmatori:

1. Determina intervalul )()( 1 ii QQ care include Qnext.

2. Calculeaza incrementul δα:

)()(

)(

1 ii

inext

QQ

QQ

3. Roteste lama LS pe pozitia unghiulara i .

4. Testarea preliminara a probei (efectuata de operator)

Testul incepe cu setarea pragului de detectie a distrugerii optice, care se realizeaza prin

incercari, pe baza monitorizarii raspunsului detectorului de sit distrus (DD) la energii laser de test

situate in apropierea pragului de distrugere monopuls al sitului interogat. Monitorizarea se

efectueaza pe cca. 10 situri, starea sitului interogat fiind verificata cu microscopul on-line. Pragul

de detectie a DD este setat cu potentiometrul P aflat pe panoul frontal al DSP. In baza de date a

procedurii S-on-1 vor fi retinute numai siturile monitorizate cu pragul DD setat pe ultima valoare

selectata, care va ramane constanta pe toata durata testului. Siturile interogate la alte valori ale

pragului DD se exclud din baza de date cu click dreapta pe punct → exclude.

Buton calibrare atenuator

Unghi minim

Unghi maxim

Nr. pasi calibrare (n)

Nr. de pulsuri pe care

se face statistica

Buton Save & Exit

27

In continuare, operatorul testeaza 30 - 40 situri cu diferite energii laser, astfel incat sa existe

situri testate fara distrugere dupa aplicarea numarului prestabilit (NP = 500) de pulsuri per sit si

situri distruse dupa un puls aplicat pe sit. In baza de date se inregistreaza per sit energia laser

medie per puls si numarul de pulsuri dupa care s-a distrus situl.

5. Testarea in regim automat si marcarea probei

Dupa ce operatorul a parcurs etapa de testare preliminara, adica a furnizat programului

suficiente puncte experimentale pentru a fita liniar caracteristicile P1 si P500 (probabilitate de

distrugere la un puls si la 500 de pulsuri aplicate pe sit), programul poate rula secventa automata.

Operatorul seteaza:

si initiaza testarea automata cu tasta OK.

In secventa automata programul calculeaza energia laser de test pentru situl urmator pe baza

evaluarii datelor experimentale acumulate in baza de date. Programul reduce treptat eroarea de

fitare parametrica a caracteristicilor P1 si P500 prin adaugare de noi date experimentale si prin

uniformizarea distributiei energiilor laser de test in intervalele de energie cuprinse in gama de

lucru Qmax – Qmin. Derularea secventei automate este stopata de operator atunci cand eroarea

relativa de fitare a caracteristicilor P1 si P500 se satureaza la o valoare minima δmin (de regula,

δmin ≤ 20 %), care nu se mai micsoreaza prin adugarea de noi date experimentale.

Programul verifica si afiseaza daca energia de test setata corespunde cu energia medie de test

masurata pe situl interogat (adica daca valoarea masurata se incadreaza in subintervalul de energie

laser selectat de program). Largimea subintervalelor este determinata de parametrii m1 si m2

(numar de subintervale). O neconcordanta repetata intre energia setata si cea masurata poate fi

cauzata de decalibrarea atenuatorului variabil care controleaza energia pulsurilor laser, sau de

largimea relativ redusa a subintervalelor definite de m1 si m2. In acest caz, operatorul intrerupe

secventa automata si, in functie de situatia concreta, se recalibreaza atenuatorul sau se modifica

corespunzator numarul de subintervale m1 si m2.

La sfarsitul secventei de interogare a siturilor, operarorul selecteaza butonul pentru marcarea

probei.

Energia minima

Energia maxima

Nr. de intervale

Nr. de subintervale pt P1

Nr. de subintervale pt P500

28

Pentru fiecare din cele 9 caracteristici de probabilitate de distrugere (P1; P2; P53; P10; P20;

P50; P100; P200; P500) ridicate experimental in secventa de interogare a siturilor de test,

programul citeste energiile laser per puls Q50(N) si Q0(N) corespunzatoare probabilitatii de

distrugere de 50 %, respectiv 0 %. Aici N reprezinta numarul de pulsuri laser pentru care a fost

evaluata caracteristica de probabilitate de distrugere, N = 1; 2; 5; 10; 20;50;100;200;500.

Programul converteste datele din {Q50(N), Q0(N)} din energie per puls in densitate maxima de

energie per puls {H50(N), H0(N)}, conform ecuatiei H(N) = Q(N)/Aeff. Setul de date {H50(N),

H0(N)} determina caracteristica de distrugere a probei, adica densitatea de energie laser la pragul

de distrugere functie de numarul de pulsuri laser, pentru probabilitatea de distrugere de 0 % si de

50 % (v. Fig. 4).

100

101

102

7x102

20

22

28

30

32

34

1

2

3

4

Y

X

Fig. 4. Caracteristica de distrugere a probei SJ 6623 (acoperire dielectrica antireflectanta la

1064 nm).

X – Numarul de pulsuri N pentru care s-a calculat probabilitatea de distrugere.

Y – Densitatea de energie a pulsului laser , H(N) (J/cm2);

1 – Densitatea de energie a pulsului laser la probabilitate de distrugere de 0 %, H0(N) - date

experimentale;

2 – Densitatea de energie a pulsului laser la probabilitate de distrugere de 50 %, H50(N) - date

experimentale;

3 – H0(N) – fitare neliniara;

4 – H50(N) – fitare neliniara.

Caracteristica H0(N) este extrapolata pentru un numar foarte mare de pulsuri (conform

Annex C, ISO 11254-2:2001(E)).

6. Sinteza rezultatelor in Raportul de Test

Raportul de test include urmatoarele date:

1. Numele laboratorului si al persoanei care a efectuat testul.

29

2. Caracteristici / cod proba, producator, data fabricatiei.

3. Metoda de curatire, conditii de stocare.

4. Ambientul de test.

5. Parametrii de fascicul ai laserului de test:

– Lungimea de unda;

– Unghiul de incidenta;

– Starea de polarizare;

– Frecv. de repetitie a pulsurilor laser;

– Profilul spatial de fascicul in planul probei;

– Aria efectiva a spotului laser pe suprafata probei: + (profil 3D);

– Durata pulsului (FWHM) + diagrama profil temporal;

– Durata efectiva a pulsului;

6. Procedura de test:

a. Numar de situri per proba: 200

b. Dispunerea siturilor de test: egal distantate;

c. Numarul de pulsuri aplicate per sit: NP

d. Separarea siturilor adiacente: dsep.

7. Bugetul erorilor.

8. Rezultatul testului:

a. Caracteristici H0(N), H50(N) – date experimentale;

b. Caracteristica H0(N) extrapolata pentru un numar foarte mare de pulsuri;

c. Morfologia unui sit distrus obtinuta cu un microscop Nomarski.

Salvarea datelor experimentale si a Raportului de Test in baza de date a procedurii S-on-1.

II. Test Fiabilitate tip 2 (ISO 21254-3:2011)

Protocol de Operare

1. Setarea parametrilor de proces

1.1 Parametrii care definesc harta siturilor de test pe proba:

- Aoptic, aria disponibila pe proba; Aoptic= πR2, pentru probe cu simetrie circulara (diameru de ½

inch, 1 inch, 2 inch); Aoptic= LxW, (L orizontal, W vertical in gama ½ inch – 2 inch); Marimi

setate R sau L si W.

- dT,eff – diametrul spotului laser pe suprafata probei : dT,eff > 1 mm (Fig. 5).

1mm

30

Fig. 5. Profil spatial tipic al spotului laser pe suprafata probei de test: dT,eff = 1.4 mm.

- dsep – separarea intre siturile adiacente: 4 diametre de spot.

- Numarul de pulsuri laser aplicate pe sit: 4000.

Distributia siturilor de test pe suprafata probei separate la 4 diametre efective de spot, pentru dT,eff

= 1.4 mm, este aratata in Fig. 6.

Fig. 6. Distributia siturilor de test pe suprafata probei

1.2. Densitatea de energie (fluenta) pulsurilor laser pe suprafata probei de test poate fi stabilita de

catre beneficiarul testului, sau de comun acord cu beneficiarul, pe baza unor rezultate anterioare

existente in baza de date a statiei automate in pulsuri de nanosecunde.

2. Testul de fiabilitate se executa de catre operator, in cadrul etapei “Testarea preliminara a

probei”.

Testul de fiabilitate este trecut atunci cand toate siturile au fost interogate la nivelul stabilit de

fluenta laser, fara detectia distrugerii optice pe oricare din siturile testate (test nedistructiv).

Testul de fiabilitate se considera cazut la detectia primei distrugeri a unui sit interogat (test

distructiv).

3. Sinteza rezultatelor in Raportul de Test

Raportul de test al testului de fiabilitate are aceeasi structura cu raportul de test S-on-1, cu

deosebirea ca in cap. 8 ”Rezultatul testului” se specifica numai daca testul a fost trecut sau nu, si o

micrografie Nomarski a sitului distrus, in eventualitatea ca testul a fost cazut.

Salvarea datelor experimentale si a Raportului de Test in baza de date a procedurii S-on-1.

1 111 mmmmm mm

31

ANEXA 3

National Institute for Laser, Plasma, and Radiation Physics (NILPRP)

Solid State Laser Laboratory

ISOTEST

Test Report # 1 of 30.08.12

Evaluation of laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios

according to ISO 11146-1:2005 standard

a) General information

1) Test has been performed in accordance with ISO 11146-1:2005

2) Date of test: 30.08.12

3) Name and address of test organization: ISOTEST, Solid State Lasers Laboratory: http://ssll.inflpr.ro;

National Institute for Lasers, Plasma and Radiation Physics, 409 Atomistilor Str., P.O. Box MG 36,

077125 Magurele, Romania.

4) Name of individuals performing the test: L. Neagu, L. Rusen

b) Information concerning the tested laser

1) Laser type: Diode pumped passively Q-switch Nd:YAG sub-nanosecond laser

2) Manufacturer INFLPR, Romania

3) Manufacturer’s model designation: SNLS

4) Serial number: home made

c) Test conditions

1) Laser wavelength(s) at which tested: 1064 nm

2) Operating mode (CW or pulsed): pulsed

3) Laser parameter settings

i) Output power: 1.1 mW

4) Polarization: linear, vertical

5) Environmental conditions: clean filtered air, controlled temperature 22 oC 1

oC, room stray light.

d) Information concerning testing and evaluation

1) Evaluation method used: Second order moments

2) Test equipment: Beam Profiler type FireWire Beam Pro Model 2523 (Photon, Inc., USA), SN93044,

stray light suppressor attached (Ф 5 mm).

3) Beam forming optics and attenuating method:

i) Type of attenuator: neutral density (ND) glasses

ii) Type of focusing element: convergent lens, f = 400 mm @ 1064 nm

e) Test Results

1) Beam propagation parameters derived from hyperbolic fit (in accordance with Clause 9, after the

back principal plane of the focusing lens, subscript 2)

i) Measured parameters of the real beam approximated as an aligned simple astigmatic

(ASA) beam

http://ssll.inflpr.ro/

32

Mean value

Standard deviation of

hyperbolic fit (%)

Beam waist location z0x2 (mm) 440 1 Beam waist location z0y2 (mm) 430 1 Beam waist width dσ0x2 (mm) 0.20 1 Beam waist width dσ02y (mm) 0.24 1 Rayleigh length zRx2 (mm) 18 1 Rayleigh length zRy2 (mm) 25 1

Beam divergence angle σx2 (mrad) 11 1

Beam divergence angle σy2 (mrad) 9.8 1 Beam propagation ratio Mx

2 1.6 1

Beam propagation ratio My2 1.7 1

400 420 440 460 480 500 520

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Dx, D

y (

mm

)

z (mm) - after focusing lens

Dx

Dy

Hyperbolic fit of Dx

Hyperbolic fit of Dy

Equation Dx = Sqrt (A + B*z + C*z*z)

Value Standard Error

Dx

A 23.24144 0.0307

B -0.10592 1.56113E-4

C 1.20885E-4 2.47197E-7

Equation Dy = Sqrt (A + B*z + C*z*z)


Dy

A 17.79962 0.03107

B -0.08177 1.94787E-4

C 9.42246E-5 2.82343E-7

Fig. 1. Hyperbolic fit of the measured real beam approximated to an ASA beam after the focusing

element.

ii) Calculated* parameters of the real beam approximated as a stigmatic (ST) beam

Mean value


hyperbolic fit (%)

Beam waist location z02 (mm) 440 1 Beam waist diameter dσ02 (mm) 0.22 1 Rayleigh length zR2 (mm) 21 1

Beam divergence angle σ2 (mrad) 10 1 Beam propagation ratio M

2 1.7 1

33

400 420 440 460 480 500 520

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Dmean

Hyperbolic fit of Dmean

Dm

ean

(mm

)


Equation Dmean = Sqrt (A + B*z + C*z*z)


Dmean

A 20.54355 0.0298

B -0.09395 1.70045E-4

C 1.07665E-4 2.56308E-7

Fig. 2. Hyperbolic fit

** of the equivalent ST beam after the focusing element.

Fig. 3. Example of spatial beam profile of the real beam measured at z = 545 mm after focusing

element.

2) Beam divergence angle – direct measurement (per Clause 8, at the back focal plane of the focusing

element)

Focusing element used: spherical convergent lens, f = 400 mm @ 1064 nm

i) Measured diameters and corresponding divergences

Mean value


hyperbolic fit (%)

Beam waist width dσfx2 (mm) 0.26 1 Beam waist width dσfy2 (mm) 0.23 1

Beam divergence angle σx2 (mrad) 3.3 1

Beam divergence angle σ2y (mrad) 2.9 1

34

ii) Calculated divergence of the ST - type approximated beam σ2 = (1/2)(σx2 + σy2)

σ2 (mrad) = 3.1

3) Retrieved

* original beam parameters (beam from laser, before the focusing element)

i) Original beam approximated as an ASA beam

Mean value


hyperbolic fit (%)

Beam waist location z0x1 (mm) 3850 1 Beam waist location z0y1 (mm) 3485 1 Beam waist width dσ0x1 (mm) 1.9 1 Beam waist width dσ0y1 (mm) 2.3 1 Rayleigh length zRx1 (mm) 1610 1 Rayleigh length zRy1 (mm) 2250 1



2 1.6 1


ii) Original beam approximated as a ST beam

Mean value


hyperbolic fit (%)


Beam divergence angle σ1 (mrad) 1.1 1 Beam propagation ratio M

2 1.7 1

35



ISOTEST


Evaluation of laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios






National

Institute for Lasers, Plasma and Radiation Physics, 409, Atomistilor Str., P.O. Box MG 36, 077125

Magurele,

Romania.



1) Laser type: He-Ne laser

2) Manufacturer Hughes, USA

3) Manufacturer’s model designation: 3222H-PC

4) Serial number: 6420119

c) Test conditions


2) Operating mode (CW or pulsed): CW








2) Test equipment: Beam Profiler type FireWire Beam Pro Model 2523 (Photon, Inc., USA), SN93044,

stray light

suppressor attached (Ф 5 mm).




e) Test Results

1) Beam propagation parameters derived from hyperbolic fit (in accordance with Clause 9, after the

back principal plane of the focusing lens, subscript 2)


36


(ASA) beam

Mean value


hyperbolic fit (%)




2 1.0 1


400 500 600 700 800 900

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

Dy

Dx



Z (mm) - after focusing lens

Dx,

Dy

(mm

)

Equation Dx = sqrt ( A + B*z + C*z*z )


Dx

A 3.14021 0.02882

B -0.01101 1.04572E-4

C 9.85224E-6 8.74554E-8

Equation Dy = sqrt ( A + B*z + C*z*z )


Dy

A 3.62781 0.02559

B -0.01341 9.87725E-5

C 1.25779E-5 8.65308E-8


element.


Mean value


hyperbolic fit (%)



2 1 1

37

300 400 500 600 700 800

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Dmean


Dm

ean

(mm

)


Equation Dmean = ( A + B*z + C*z*z )


Dmean A 3.05694 0.02311

Dmean B -0.01172 9.07175E-5

Dmean C 1.14774E-5 8.21759E-8




element.

2) Beam divergence angle – direct measurement (per Clause 8, at the back focal plane of the

focusing element)



Mean value


hyperbolic fit (%)




38


σ2 (mrad) = 3.1

3) Retrieved

* original beam parameters (beam from laser, before the focusing element)


Mean value


hyperbolic fit (%)




2 1 1 Beam propagation ratio My

2 1 1


Mean value


hyperbolic fit (%)



2 1.1 1

39

ANEXA 5



ISOTEST


Evaluation of laser beam widths, divergence angles, and beam propagation ratios






National Institute for Lasers, Plasma, and Radiation Physics, 409, Atomistilor Str., P.O. Box MG 36,

077125 Magurele, Romania.



1) Laser type: He-Ne laser

2) Manufacturer: JDS Uniphase, USA

3) Manufacturer’s model designation: 1105P

4) Serial number: 159768

c) Test conditions


2) Operating mode (CW or pulsed): CW








2) Test equipment: Beam profiler type FireWire BeamPro Model 2523 (Photon, Inc., USA), SN93044,

stray light suppressor attached (Ф 5 mm).




e) Test Results

1) Beam propagation parameters derived from hyperbolic fit (in accordance with Clause 9,

after the back principal plane of the focusing lens, subscript 2)


40


(ASA) beam

Mean value


hyperbolic fit (%)




2 1.0 1


300 400 500 600 700 800

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2


Dx

Dy



Dx, D

y (

mm

)

Equation Dx = sqrt ( A + B*z + C*z*z )


Dx

A 2.77626 0.01998

B -0.01015 7.54875E-5

C 9.53117E-6 6.63705E-8

Equation Dy = sqrt ( A + B*z + C*z*z )


Dy

A 3.37967 0.03851

B -0.01347 1.58821E-4

C 1.36333E-5 1.49008E-7


element.


Mean value


hyperbolic fit (%)



2 1.1 1

*The calculated parameters are the arithmetic mean of the corresponding measured parameters on x and y, as, for

example, z02 = (1/2)(z0x2 + z0y2) **

Dmean(z) = d02[1 + (z – z02)2/zR2

2]

1/2 41

300 400 500 600 700 800

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Dmean


Dm

ea

n (

mm

)


Equation Dmean = ( A + B*z + C*z*z )


Dmean

A 3.05694 0.02311

B -0.01172 9.07175E-5

C 1.14774E-5 8.21759E-8




element.

2) Beam divergence angle – direct measurement (per Clause 8, at the back focal plane of the

focusing element)



Mean value


hyperbolic fit (%)


42




σ2 (mrad) = 3.4

3) Retrieved* original beam parameters (beam from laser, before the focusing element)


Mean value


hyperbolic fit (%)




2 1.0 1 Beam propagation ratio My

2 1.1 2


Mean value


hyperbolic fit (%)



2 1.1 1

43

ANEXA 6

National Institute for Lasers, Plasma, and Radiation Physics

(NILPRP/INFLPR)

Solid State Lasers Laboratory

ISOTEST

Test report # 13 of 12.09.12

Laser-induced damage threshold (LIDT) by S-on-1 test according to ISO 21254 - 1, 2, 3, 4

Tester’s name: Alexandru Zorila, Laurentiu Rusen

Date: 12.09.12

Order #:

Specimen

Type of specimen: Fused-Silica substrate

Specifications: Scratch-Dig 60-40

Shape and size: round, 25.4 mm diameter, 4 mm thickness

Manufacturer/ supplier: Ophir Optics SRL, Bucharest, Romania

Part ID #

Date of production 15.08.12

Storage: original package

Cleaning procedure: blowing with Green clean aerosol

Preliminary inspection comments: OK

Mounting of test specimen: kinematic mount, vertical position

Test equipment

Laser source

Type: Q-switched, single longitudinal mode

Manufacturer: Quantel (France)

Model #: Brilliant B 10 SLM

Energy meter

Manufacturer: Coherent, Inc.

Model #: J-25MT-10 kHz pyroelectric detector

Calibration date: Sept. 2010

Calibration due date: Sept. 2011

Temporal diagnosis

Photodiode Alphalas, type UPD-200-UD

Oscilloscope Tektronix, type DPO-7104

Spatial diagnosis

Beam profiler Newport-Ophir-Spiricon, type GRAS20

Diagnosis - Pulse energy real time monitored with type J-25MT-10 kHz pyroelectric detector and calibrated by

making a measurement before and after the full test with type J-50MB-YAG pyroelectric detector.

- Temporal profile recorded before and after test. Effective pulse duration calculated using waveform

recorded data.

44

- Spatial profile recorded before and after test. Beam diameter/widths obtained directly from beam profiler.

Effective beam diameter/widths calculated from beam profiler raw data.

Laser parameters

Wavelength: 1064 nm

Operating mode: pulsed, repetitively

Output energy: adjustable, up to 450 mJ

Pulse repetition frequency: 10 Hz

Polarization state: linear, totally polarized, horizontal

Pulse duration - FWHM: 4.5 ns

Pulse duration – effective, τeff: 5.7 ns

Measurement specifications

Beam diameter/widths - second moments: -

Beam diameter/widths - 1/e2 clip level: -

Beam diameter/widths - effective: 0.22 mm

Spatial beam profile: see typical figure (Fig. 2)

Angle of incidence (AOI): 4° ± 1°

Polarization: type P

Number of sites per specimen: 226

Number of shots per site, S: 500

Arrangement of test sites: near-circular, close packed

Distance between sites: 1 mm

Number of specimens tested: 1

Total number of sites for the test: 169

Real time damage detection method: scattered radiation

Damage detection after test: visual, Nomarski microscope (50x, 200x, 500x)

Environmental conditions

Test environment: clean filtered air

Temperature: 24 °C ± 1 °C

Humidity: 40 %

Comments Typical 200x Nomarski picture of the sample after cleaning, before test

Damaged surface Nondamaged surface

Error budget

a) random (type A) errors

Pulse energy standard deviation: ± 1 %

Pulse spot effective area standard deviation: ± 5 %

Effective pulse duration standard deviation: ± 2 %

45

b) instrument (type B) standard uncertainties

Pulse energy measuring system (4 instruments overall): ± 4 %

Pulsed spot effective area uncertainty (1 instrument): ± 6 %

Effective pulse duration uncertainty (2 instruments): ± 5 %

Estimated LIDT standard uncertainty: ± 20 %

Temporal and spatial beam profiles

Fig. 1. Temporal profile of the laser pulse.

Y – detector output (a.u.); X – time (ns).

Fig. 2. Spatial laser beam profile in the target plane

(3-D profile and two orthogonal 2-D sections

through beam centroid).

Effective spot area = 3.9 x 10-4

cm2.

Test Results

100

101

102

103

40

50

60

70

80

90

100

1

2

3

4

Y

X







;


.

46

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

40

50

60

70

80

1

2

Y

X

Fig. 4. Measured and extrapolated S-on-1 damage threshold versus number of pulses, N.

X – number of pulses, N; for N ≤ S, calculated from experimental results; for N > S, extrapolated data;

Y – threshold energy density at 0 % damage probability, H0(N) (J/cm2);

1 – experimental data;

2 – extrapolated*2

H0(N) for large number of pulses.

Summary of LIDT values

Extrapolated 0 % LIDT for N = 108 pulses: energy density H0(10

8) = 39 J/cm

2.

Extrapolated power density for τeff = 5.7 ns effective pulse duration: E0(108) = H0(10

8)/τeff = 6.8 GW/cm

2.

Extrapolated equivalent*3

energy density for τeff,eq = 10 ns: H0,eq(108) = 50 J/cm

2.

Extrapolated equivalent*4

power density for τeff,eq = 10 ns: E0,eq(108) = 5 GW/cm

2.

Recommendation for durability

The extrapolation curve for 108 pulses may not take into account all possible factors leading to potential

damage. We recommend an additional safety factor of approximately 0.9 applied to each of the above

values.

*1

Fitting equation: Hth(N) = Hth,∞ + (Hth,1 – Hth,∞)/[1 + log10(N)/Δ], notations according to ISO21254-2 Annex E *2

Fitting equation: Hth(N) = Hth,∞ – d + (Hth,1 – Hth,∞)/[1 + log10(N)/Δ], notations according to ISO21254-2 Annex E

*3 Equivalence equation used: H0,eq(10

8) = H0(10

8)·( τeff,eq /τeff)

1/2

*4 Equivalence equation used: E0,eq(10

8) = E0(10

8)·( τeff /τeff,eq)

1/2

47

Fig. 5. Example of 200x Normarski micrograph of a damaged site

(energy density 100 J/cm2, damage after 1 pulse)

Statement related to certification of the test results

ISOTEST laboratory certifies that the Laser Induced Damage Threshold of this sample was

tested according to recommendations of the ISO 21254-1,2,3,4:2011 standards. During 2013

ISOTEST will submit the paperwork to obtain the accreditation as a test laboratory from

Romanian Accreditation Association (RENAR). Currently these results represent ISOTEST

internal results.

Test performed by Signatures

Alexandru Zorila

For ISOTEST:

Dr. George Nemes

RAPORT DE CERCETARE Nr. 9 / 21.09 - ssll.inflpr.rossll.inflpr.ro/ISOTEST/Raportari/R9.pdf- Testare /...

Documents

Transcript of RAPORT DE CERCETARE Nr. 9 / 21.09 - ssll.inflpr.rossll.inflpr.ro/ISOTEST/Raportari/R9.pdf- Testare /...