ISO 11551:2019
(Main)Optics and photonics — Lasers and laser-related equipment — Test method for absorptance of optical laser components
Optics and photonics — Lasers and laser-related equipment — Test method for absorptance of optical laser components
This document specifies procedures and techniques for obtaining comparable values for the absorptance of optical laser components.
Optique et photonique — Lasers et équipements associés aux lasers — Méthode d'essai du facteur d'absorption des composants optiques pour lasers
Le présent document spécifie les modes opératoires et les techniques utilisés pour obtenir des valeurs comparables du facteur d'absorption des composants optiques pour lasers.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 11551
Third edition
2019-10
Corrected version
2020-01
Optics and photonics — Lasers and
laser-related equipment — Test
method for absorptance of optical
laser components
Optique et photonique — Lasers et équipements associés aux lasers
— Méthode d'essai du facteur d'absorption des composants optiques
pour lasers
Reference number
©
ISO 2019
© ISO 2019
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be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting
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Published in Switzerland
ii © ISO 2019 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols and units of measure . 1
5 Preparation of test sample and measuring arrangement . 2
6 Characteristic features of the laser radiation . 3
7 Test procedure . 4
7.1 General . 4
7.2 Calibration . 4
7.2.1 Calibration of the power signal . 4
7.2.2 Calibration of the temperature signal . 4
7.2.3 Calibration of the thermal response . 4
7.2.4 Measurement of the background signal . 5
7.3 Determining the absorptance . 5
8 Evaluation . 5
8.1 General . 5
8.2 Elimination of drift . 6
8.3 Exponential method . 6
8.4 Pulse method . 7
9 Test report . 7
Annex A (informative) Effects changing absorptance .10
Annex B (informative) Influence of signal distortions .12
Annex C (informative) Algorithm for parameterizing the temperature data .15
Bibliography .16
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following
URL: www .iso .org/ iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 172, Optics and photonics, Subcommittee 9,
Laser and electro-optical systems.
This third edition cancels and replaces the second edition ISO 11551:2003 which has been technically
revised.
The main changes compared to the previous edition are as follows:
a) Introduction: The assumptions were revised in the second paragraph. Minor wording and example
adjustment in third paragraph.
b) Clause 4: Table for symbols and units was corrected.
c) Clause 5: More detailed specification of environmental conditions for UV- and IR applications are
provided in the second paragraph. ISO 7 specification was deleted.
In the fourth paragraph, Annex A is explicitly mentioned for the dependence of absorption on other
test parameters.
In the fifth paragraph, Annex B is explicitly mentioned to account for the critical issue of finite heat
conductivity.
d) In 7.2.3: In the first paragraph, the calibration procedure is specified in more detail, including the
consideration of the heating scheme for thick samples.
Note 1 is complemented by the restriction for thin samples.
Note 2 is complemented with the consideration of heating scheme for finite heat conduction.
e) In 7.3: In the first paragraph the specifications for the ambient temperature drift were clarified.
The requirements to the total temperature rise during heating were generalized.
iv © ISO 2019 – All rights reserved
In the third paragraph the terminology “pre-irradiation” was replaced by “drift record”. The
description of the duration of the cooling period was complemented.
f) In 8.1: In the first paragraph “heat capacity” was replaced by “specific heat capacity”.
g) In A.1: “irradiation dose” added as influencing parameter.
h) In A.3: Generalization of nonlinear absorption dependencies.
i) In B.3: More detailed comments on the convergence of the temperature curves in Figure B.1.
Correction of Formulae (B.2) and (B.3). An additional paragraph with explanations for thick test
samples, including two references.
This corrected version of ISO 11551:2019 incorporates the following corrections:
— In 7.2.3, Formulae (B.1), (B.2) and (B.3), the symbol "α" has been changed into "a";
— Two signs have been corrected in Formula (C.4) to read "−Bexp" and "−t " instead of "Bexp" and "t ".
k k
Introduction
To characterize an optical component, it is important to know its absorptance. When radiation impinges
upon a component, a part of that radiation is absorbed, increasing the temperature of the component.
In this document only the part of the absorbed power/energy, that is converted into heat, is measured.
If enough energy is absorbed, the optical properties of the component can change, and the component
can even be destroyed. Absorptance is the ratio of the radiant flux absorbed to the radiant flux of the
incident radiation.
In the procedures described in this document, the absorptance is determined calorimetrically as
the ratio of power or energy absorbed by the component to the total power or energy, respectively,
impinging upon the component. The assumption is made that the absorptance of the test sample is
constant within the temperature fluctuations experienced by the component during the measurement.
For most optical bulk materials, the absorptance depends on the position of the irradiating beam on the
sample surface. Several infrared materials exhibit a strong dependence of absorptance on temperature,
especially at high temperatures.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 11551:2019(E)
Optics and photonics — Lasers and laser-related
equipment — Test method for absorptance of optical laser
components
1 Scope
This document specifies procedures and techniques for obtaining comparable values for the
absorptance of optical laser components.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 11145, Optics and photonics — Lasers and laser-related equipment — Vocabulary and symbols
ISO 14644-1:2015, Cleanrooms and associated controlled environments — Part 1: Classification of air
cleanliness by particle concentration
ISO 80000-7, Quantities and units — Part 7: Light and radiation
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 11145 and ISO 80000-7 and
the following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
absorptance
a
ratio of the radiant flux absorbed to the radiant flux of the incident radiation
Note 1 to entry: The definition of absorptance used for this document is limited to absorptance processes
which convert the absorbed energy into heat. For certain types of optics and radiation, additional non-thermal
processes can result in absorption losses which will not be detected by the test procedure described here (see
Annex A).
4 Symbols and units of measure
Symbol Term Unit
C Thermal capacity of test sample, holder, etc. J/K
eff
c Specific heat capacity of test sample J/(kg·K)
p
d , d Beam width on test sample mm
σx σy
m Mass of test sample, holder, etc. kg
i
P cw power W
Symbol Term Unit
P Average laser power for continuous pulse mode operation W
av
P Typical peak power for repetitive pulse mode operation W
pk
t Duration of irradiation s
B
Δt Time interval s
T Ambient temperature K
amb
ΔT Temperature difference K
a Absorptance 1
β Angle of incidence Rad
γ Thermal loss coefficient 1/s
λ Wavelength nm
κ Heat conductivity W/(mK)
η Mass density kg/m
Q Heat source W/m
5 Preparation of test sample and measuring arrangement
Storage, cleaning and the preparation of the test samples are carried out in accordance with the
manufacturer’s instructions for normal use.
The environment of the testing place shall be adapted to the application and test wavelength. It should
consist of dust-free filtered air with less than 50 % relative humidity. The residual dust shall be
reduced in accordance with cleanroom class 7 as defined in ISO 14644-1:2015. However, some specific
spectral ranges might require nitrogen purged environments (deep UV) or zero humidity (several IR
wavelengths). Nitrogen quality for the deep UV range should be at 99,999 % or higher. If these conditions
cannot be supplied, absorption within the surrounding atmosphere will be included in the test result.
An environment free from draughts is very important in order to keep thermal disturbances and heat
loss by convection as small as possible. Measurements in ambient atmosphere and vacuum can have
different influences on the measured absorptance.
A laser shall be used as the radiation source. To keep errors as low as possible, the laser power chosen
for measurements is as high as possible but without causing any deterioration to the component.
Wavelength, angle of incidence and state of polarization of the laser radiation used for the measurement
shall correspond to the values specified by the manufacturer for the use of the test sample. If also ranges
are accepted for these three quantities, any combination of wavelength, angle of incidence and state of
polarization may be chosen from those ranges. The absorption of an optical component can depend on
further parameters, e.g. power density or irradiation dose. In such cases, the measurement sequence
should be chosen individually. For more details, refer to Annex A.
The test sample is mounted in a suitable holder. It is preferable to mount the sample in a manner that
minimizes any thermal contact between the sample and the holder. In this arrangement, the thermal
sensor is attached directly to the sample surface. Reproducible thermal contact between the thermal
sensor and the sample surface is important. Also, care should be taken to maintain constant thermal
impedance between the sample and the holder. Accurate calibration is critically dependent on the
location of the thermal sensor, on the material the sample is made of, and on the sample geometry. Refer
to Annex B for a detailed discussion of these considerations.
It can be difficult to attach the thermal sensor to a small test sample or a sample having an irregular
shape. Such a sample is mounted to the holder in a manner that maximizes thermal contact between
the sample and the holder, while the thermal sensor is attached to or integrated into the holder.
Reproducible thermal contact between the thermal sensor and the holder is important. Also, care
should be taken to maintain constant thermal conductance between the sample and the holder.
2 © ISO 2019 – All rights reserved
In order to increase the precision of the measurements, the sample should be mounted inside a chamber
designed for thermal shielding, with apertures for the laser beam. Special attention shall be given to
ensure that the temperature measurement itself does not cause a change of the sample temperature.
Suitable diaphragms should be placed in the beam path in front of and behind the test sample to ensure
that only the test sample is irradiated by the measuring beam and that reflected or stray radiation
will not strike the holder or the chamber walls. The number of transmissive optics employed for beam
guiding should be minimized in order to reduce possible distortions by multi-reflections or scattered
radiation. The transmitted and reflected partial beams shall be directed on to beam dumps with
minimized back scatter.
Figure 1 shows a schematic measuring arrangement. The curved folding mirror M1 is recommended for
imaging the laser output window on to the sample in order to avoid diffracted radiation influencing the
measurement.
Key
1 laser 7 test sample
2 mirror M1 8 personal computer
3 optical axis 9 beam stop
4 mirror M2 10 thermal sensor
5 test chamber 11 control unit
6 sample holder 12 power detector
Figure 1 — Typical arrangement for measurement of the absorptance
6 Characteristic features of the laser radiation
The following physical quantities are needed for characterizing the laser radiation used for the test:
— wavelength, λ;
— angle of incidence, β;
— state and degree of polarization;
— beam widths on the test sample, d , d ;
σx σy
— average power, P , for cw or continuously pulsed lasers;
av
— typical peak power, P , and pulse energy Q in the case of continuously pulsed lasers;
pk
— duration of irradiation, t .
B
7 Test procedure
7.1 General
The following auxiliary tests shall be performed on a regular basis and whenever the measuring
arrangement has been altered.
7.2 Calibration
7.2.1 Calibration of the power signal
Calibrate the power signal by placing a calibrated laser power detector at the location of the test
components and, in order to obtain correct calibration, compare the measured laser power to the signal
of the power monitor used during absorptance tests.
7.2.2 Calibration of the temperature signal
Calibrate the temperature signal by fixing a test sample, to which a calibrated thermal sensor is
attached, to the sample holder. Compare the temperature signals of this calibrated sensor and the
sensors used during absorptance tests while varying the ambient temperature slowly over the linearity
range of the temperature detectors at the typical test temperature.
7.2.3 Calibration of the thermal response
For certain types of sample materials and geometries, the temperature rise induced by the absorbed
heat may differ from the theoretical response expected for ideal materials having infinite thermal
conductivity.
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 11551
Troisième édition
2019-10
Version corrigée
2020-01
Optique et photonique — Lasers et
équipements associés aux lasers
— Méthode d'essai du facteur
d'absorption des composants optiques
pour lasers
Optics and photonics — Lasers and laser-related equipment — Test
method for absorptance of optical laser components
Numéro de référence
©
ISO 2019
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être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2019 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .vi
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles et unités de mesure . 1
5 Préparation de l’échantillon d’essai et du dispositif de mesurage .2
6 Éléments caractéristiques du faisceau laser . 4
7 Mode opératoire. 4
7.1 Généralités . 4
7.2 Étalonnage . 4
7.2.1 Étalonnage du signal de puissance . 4
7.2.2 Étalonnage du signal de température . 4
7.2.3 Étalonnage de la réponse thermique . 4
7.2.4 Mesurage du bruit de fond . 5
7.3 Détermination du facteur d’absorption . 5
8 Évaluation . 6
8.1 Généralités . 6
8.2 Élimination de la dérive . 6
8.3 Méthode exponentielle . 6
8.4 Méthode de l’impulsion . 7
9 Rapport d’essai . 8
Annexe A (informative) Phénomènes modifiant le facteur d’absorption .10
Annexe B (informative) Influence des distorsions du signal .12
Annexe C (informative) Algorithme de paramétrisation des données de température .16
Bibliographie .17
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales
est en général confiée aux Comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une
étude a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/ patents).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/ iso/ foreword .html.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 172, Optique et photonique, Sous-
comité SC 9, Lasers et systèmes électro-optiques.
Cette troisième édition annule et remplace la deuxième édition ISO 11551:2003, qui a fait l’objet d’une
révision technique.
Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont les suivantes:
a) Introduction: Les hypothèses ont été révisées dans le deuxième alinéa. Ajustement mineur de
nature rédactionnelle et de l’exemple dans le troisième alinéa.
b) Article 4: Correction du Tableau des symboles et des unités.
c) Article 5: Des spécifications plus détaillées des conditions environnementales pour les applications
UV et IR sont fournies dans le deuxième alinéa. La spécification ISO 7 a été supprimée.
Dans le quatrième alinéa, l’Annexe A est mentionnée explicitement pour la dépendance de
l’absorption aux autres paramètres d’essai.
Dans le cinquième alinéa, l’Annexe B est mentionnée explicitement pour tenir compte du problème
critique de la conductivité thermique finie.
d) En 7.2.3: Dans le premier alinéa, le mode opératoire d’étalonnage est spécifié plus en détail en
incluant la prise en compte du schéma de chauffage pour les échantillons épais.
La Note 1 est complétée par la restriction applicable aux échantillons minces.
La Note 2 est complétée par la prise en compte du schéma de chauffage pour la conduction thermique finie.
iv © ISO 2019 – Tous droits réservés
e) En 7.3: Dans le premier alinéa, les spécifications de la dérive en température ambiante ont été
clarifiées.
Les exigences relatives à la montée en température totale pendant le chauffage ont été généralisées.
Dans le troisième alinéa, le terme «préirradiation» a été remplacé par «enregistrement de la
dérive». La description de la durée de la période de refroidissement a été complétée.
f) En 8.1: Dans le premier alinéa, «capacité thermique» a été remplacée par «capacité thermique
spécifique».
g) En A.1: «dose d’irradiation» a été ajoutée en tant que paramètre d’influence.
h) En A.3: Généralisation des dépendances à l’absorption non linéaire.
i) En B.3: Commentaires plus détaillés sur la convergence des courbes de température à la Figure B.1.
Correction des Formules (B.2) et (B.3). Un alinéa supplémentaire avec explications pour les
échantillons d’essai épais, y compris deux références.
La présente version corrigée de l'ISO 11551:2019 inclut les corrections suivantes:
— En 7.2.3 et dans les Formules (B.1), (B.2) et (B.3), le symbole "α" a été remplacé par "a";
— Deux signes ont été corrigés dans la Formule (C.4) pour lire "−Bexp" et "−t " au lieu de "Bexp" et "t ".
k k
Introduction
Pour caractériser un composant optique, il est important de connaître son facteur d’absorption.
Lorsque le rayonnement atteint un composant optique, une partie de ce rayonnement est absorbée,
ce qui augmente la température de ce composant. Dans le présent document, seule la partie de la
puissance/énergie convertie en chaleur est mesurée. Si une quantité suffisante d’énergie est absorbée,
les propriétés optiques du composant peuvent changer et ce dernier risque même d’être détruit. Le
facteur d’absorption est le rapport du flux énergétique absorbé au flux énergétique du rayonnement
incident.
Dans les modes opératoires décrits dans le présent document, le facteur d’absorption est déterminé
par calorimétrie comme étant le rapport de la puissance ou de l’énergie absorbée par le composant à la
puissance ou à l’énergie totale, respectivement, atteignant le composant en question. Il est supposé que
le facteur d’absorption de l’échantillon d’essai reste constant dans la plage de variation de température
à laquelle est soumis le composant au cours du mesurage.
Pour la majorité des matériaux optiques en vrac, le facteur d’absorption dépend de la position du faisceau
irradiant sur la surface de l’échantillon. Plusieurs matériaux infrarouges manifestent une dépendance
prononcée du facteur d’absorption vis-à-vis de la température, notamment aux températures élevées.
vi © ISO 2019 – Tous droits réservés
NORME INTERNATIONALE ISO 11551:2019(F)
Optique et photonique — Lasers et équipements associés
aux lasers — Méthode d'essai du facteur d'absorption des
composants optiques pour lasers
1 Domaine d'application
Le présent document spécifie les modes opératoires et les techniques utilisés pour obtenir des valeurs
comparables du facteur d’absorption des composants optiques pour lasers.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu'ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 11145, Optique et photonique — Lasers et équipements associés aux lasers — Vocabulaire et symboles
ISO 14644-1:2015, Salles propres et environnements maîtrisés apparentés — Partie 1: Classification de la
propreté particulaire de l'air
ISO 80000-7, Grandeurs et unités — Partie 7: Lumière et rayonnements
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 11145 et l’ISO 80000-7,
ainsi que les suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/
3.1
facteur d’absorption
a
rapport du flux énergétique absorbé au flux énergétique du rayonnement incident
Note 1 à l'article: La définition du facteur d’absorption utilisée pour le présent document est limitée aux
processus d’absorption qui convertissent l’énergie absorbée en chaleur. Pour certains types d’optiques et de
rayonnements, des processus additionnels non thermiques peuvent conduire à des pertes d’absorption qui ne
seront pas détectées par le mode opératoire décrit ici (voir l’Annexe A).
4 Symboles et unités de mesure
Symbole Définition Unité
C Capacité thermique de l’échantillon d’essai, du support, etc. J/(K)
eff
c Capacité calorifique spécifique de l'échantillon d'essai J/(kg·K)
p
d , d Largeur du faisceau sur l’échantillon d’essai mm
σx σy
m Masse de l’échantillon d’essai, du support, etc. kg
i
Symbole Définition Unité
P Puissance du laser continu W
P Puissance moyenne du laser en mode d’impulsions continu W
av
P Puissance de crête typique du laser en mode d’impulsions à répétition W
pk
t Durée d’irradiation s
B
Δt Intervalle de temps s
T Température ambiante K
amb
ΔT Différence de température K
a Facteur d’absorption 1
β Angle d’incidence Rad
γ Coefficient de perte thermique 1/s
λ Longueur d’onde nm
κ Conductivité thermique W/(mK)
η Densité massique kg/m
Q Source de chaleur W/m
5 Préparation de l’échantillon d’essai et du dispositif de mesurage
L’entreposage, le nettoyage et la préparation des échantillons d’essai sont effectués conformément aux
instructions données par le fabricant pour une utilisation normale.
L’environnement du lieu d’essai doit être adapté à l’application et à la longueur d’onde d’essai. Il
convient qu’il soit constitué d’air filtré, exempt de poussières, dont l’humidité relative est inférieure
à 50 %. La poussière résiduelle doit être réduite conformément à la classe 7 des salles propres telle
que définie dans l’ISO 14644-1:2015. Certaines plages spectrales spécifiques peuvent toutefois exiger
des environnements purgés à l’azote (UV profonds) ou humidité nulle (plusieurs longueurs d’onde
dans les IR). Pour la plage des UV profonds, il convient que la qualité de l’azote soit égale ou supérieure
à 99,999 %. Si ces conditions ne peuvent pas être réunies, l’absorption au sein de l’atmosphère
environnante sera incluse dans le résultat de l’essai. Il est très important que l’atmosphère soit exempte
de courants d’air pour que les perturbations thermiques et la perte de chaleur par convection soient
aussi faibles que possible. Les mesurages dans l’atmosphère ambiante ou dans le vide peuvent avoir des
influences différentes sur le facteur d’absorption mesuré.
Un laser doit être utilisé comme source de rayonnement. Pour réduire au minimum les causes d’erreurs,
la puissance du laser choisie pour les mesurages doit être aussi élevée que possible, mais sans provoquer
de détérioration du composant.
La longueur d’onde, l’angle d’incidence et l’état de polarisation du rayonnement laser utilisé pour le
mesurage doivent correspondre aux valeurs spécifiées par le fabricant pour l’utilisation de l’échantillon.
Si ces trois grandeurs sont également spécifiées sous forme de plages de valeurs, toute combinaison
de longueur d’onde, d’angle d’incidence et d’état de polarisation peut être choisie dans les plages en
question. L’absorption d’un composant optique peut dépendre de paramètres supplémentaires, par
exemple la densité de puissance ou la dose d’irradiation. Dans ces cas, il convient de choisir la séquence
de mesurage individuellement. Voir l’Annexe A pour plus d’informations.
L’échantillon d’essai est monté sur un support adapté. Il est préférable de monter l'échantillon de manière
à minimiser tout contact thermique entre l'échantillon et le support. Dans cette disposition, le capteur
thermique est fixé directement sur la surface de l'échantillon. Le contact thermique reproductible entre
le capteur thermique et la surface de l'échantillon est important. Il convient également de prendre des
précautions pour maintenir une impédance thermique constante entre l'échantillon et le support. La
précision de l'étalonnage dépend essentiellement de l'emplacement du capteur thermique, du matériau
de l'échantillon et de la géométrie de l'échantillon. Voir l’Annexe B pour une analyse détaillée de ces
considérations.
2 © ISO 2019 – Tous droits réservés
Il peut être difficile de fixer le capteur thermique à un petit échantillon d'essai ou à un échantillon
de forme irrégulière. Un tel échantillon est monté sur le support de manière à maximiser le contact
thermique entre l'échantillon et le support, tandis que le capteur thermique est fixé ou intégré au
support. Le contact thermique reproductible entre le capteur thermique et le support est important.
Il convient également de prendre des précautions pour maintenir une impédance thermique constante
entre l'échantillon et le support.
Pour accroître la précision des mesurages, il convient de monter l’échantillon à l’intérieur d’une enceinte
calorifugée, avec une ouverture pour le faisceau laser. Une attention particulière doit être apportée pour
assurer que le mesurage de température n’entraîne aucune variation de la température de l’échantillon.
Il convient de disposer des diaphragmes appropriés dans le trajet du faisceau, devant et derrière
l’échantillon, pour s’assurer que seul ce dernier est irradié par le faisceau d’essai et qu’aucun
rayonnement réfléchi ou parasite ne risque d’atteindre le support ou les parois de l’enceinte. Il convient
de réduire le plus possible le nombre d’optiques de transmission utilisées pour le guidage du faisceau
afin de réduire les distorsions possibles par réflexions multiples ou rayonnement diffusé. Les faisceaux
partiels transmis et réfléchis doivent être dirigés vers des pièges à faisceau avec une rétrodiffusion
minimisée.
La Figure 1 représente un dispositif de mesurage schématisé. L’utilisation du miroir concave M1 est
recommandée pour former l’image de la fenêtre de sortie du laser sur l’échantillon, de façon à éviter un
rayonnement diffracté pouvant avoir une influence sur le mesurage.
Légende
1 laser 7 échantillon d’essai
2 miroir M1 8 ordinateur personnel
3 axe optique 9 arrêt du faisceau
4 miroir M2 10 capteur thermique
5 enceinte d’essai 11 unité de commande
6 support d’échantillon 12 détecteur de puissance
Figure 1 — Dispositif typique de mesurage du facteur d’absorption
6 Éléments caractéristiques du faisceau laser
Les grandeurs physiques suivantes sont nécessaires pour caractériser le rayonnement laser utilisé pour
l’essai:
— longueur d’onde, λ;
— angle d’incidence, β;
— état et degré de polarisation;
— largeur du faisceau sur l’échantillon d’essai, d , d ;
σx σy
— puissance moyenne, P , du laser en mode d’impulsions continu;
av
— puissance de crête typique, P , et énergie pulsée Q du laser en mode d’impulsions à répétition;
pk
— durée de l’irradiation, t .
B
7 Mode opératoire
7.1 Généralités
Les essais auxiliaires suivants doivent être menés régulièrement et à chaque fois que le dispositif de
mesurage a été modifié.
7.2 Étalonnage
7.2.1 Étalonnage du signal de puissance
Étalonner le signal de puissance en plaçant un détecteur de puissance laser étalonné à l’endroit des
composants d’essai et comparer la puissance laser mesurée au signal du moniteur de puissance utilisé
pendant les essais du facteur d’absorption, afin d’aboutir à un étalonnage correct.
7.2.2 Étalonnage du signal de température
Étalonner le signal de température en fixant un échantillon d’essai solidaire d’un capteur thermique
étalonné au support d’échantillon. Comparer les signaux de température de ce capteur étalonné à ceux
des capteurs utilisés pendant les essais du facteur d’absorption tout en faisant varier lentement la
température ambiante sur la plage de linéarité des capteurs de température à la température d’essai type.
7.2.3 Étalonnage de la réponse thermique
Pour certains types de matériaux et de formes d’échantillon, l’augmentation de température induite
par la chaleur absorbée peut différer de la réponse théorique prévisible pour les matériaux idéaux avec
une conductivité thermique infinie. Dans ces cas, un facteur de correction f doit être déterminé, lequel
c
compense l’influence d’un tel phénomène sur les résultats de l’essai du facteur d’absorption. Le facteur
f est égal à un si l’influence de la conductivité thermique limitée peut être négligée. Pour dériver une
c
valeur correcte de f , il est nécessaire que le schéma de chauffage de la routine d’étalonnage soit cohérent
c
avec la caractéristique de chauffage des échantillons soumis à essai. Les absorbeurs en surface doivent
être associés à un facteur de correction dérivé d’un étalonnage basé sur le chauffage de la surface. Et un
absorbeur dans la masse doit être corrigé avec un éc
...
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