ГОСТ Р 58372-2019
(ISO/TR 21254-4:2011)

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Оптика и фотоника

ЛАЗЕРЫ И ЛАЗЕРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Методы определения порога лазерного разрушения

Часть 4

Проверка, обнаружение и измерение

Optics and photonics. Lasers and laser-related equipment. Methods for determination of laser-induced damage threshold. Part 4. Inspection, detection and measurement

ОКС 31.260

Дата введения 2020-09-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием "Научно-исследовательский институт физической оптики, оптики лазеров и информационных оптических систем Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им.С.И.Вавилова" (ФГУП "НИИФООЛИОС ВНЦ "ГОИ им.С.И.Вавилова") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии документа, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 296 "Оптика и фотоника"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 сентября 2019 г. N 816-ст

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному документу ISO/TR 21254-4:2011* "Лазеры и лазерное оборудование. Методы испытаний пороговых значений повреждений, вызванных лазерным излучением. Часть 4. Проверка, обнаружение и измерение" (ISO/TR 21254-4:2011 "Lasers and laser-related equipment - Test methods for laser-induced damage threshold - Part 4: Inspection, detection and measurement", MOD) путем изменения отдельных слов и фраз, которые выделены в тексте курсивом**.

________________
     * Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей;
     ** В оригинале обозначения и номера стандартов и нормативных документов в разделах "Предисловие" и 2 "Нормативные ссылки" приводятся обычным шрифтом, отмеченные в этих разделах знаком "**" и  остальные по тексту документа выделены курсивом. -. - Примечание изготовителя базы данных.    

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5)

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 Некоторые элементы настоящего стандарта могут быть объектами патентных прав. Международная организация по стандартизации (ИСО) не несет ответственности за установление подлинности каких-либо или всех таких патентных прав

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации"**. Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

ВНИМАНИЕ!

Экстраполяция данных по лазерному разрушению может привести к переоценке порога лазерного разрушения (ПЛР). В случае токсичных материалов (таких, как ZnSe, GaAs, CdTe, ThF4, халькогениды, Be, Cr, Ni) это может стать причиной опасности для здоровья, см. ГОСТ Р 58369-2019** (приложение А).

     1 Область применения

Настоящий стандарт описывает методы проверки и обнаружения разрушения на оптических поверхностях и в объеме оптических компонентов, вызванного лазерным излучением.

Примечание - В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 58373 и ГОСТ Р 58369.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 58369-2019 (ИСО 21254-1:2011) Оптика и фотоника. Лазеры и лазерное оборудование. Методы определения порога лазерного разрушения. Часть 1. Основные положения, термины и определения

ГОСТ Р 58373 (ИСО 11145:2018) Оптика и фотоника. Лазеры и лазерное оборудование. Термины и определения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

     3 Методы обнаружения разрушений

3.1 В случае испытания на разрушение с числом импульсов на испытательный участок более одного для оценки состояния испытуемой поверхности должна быть установлена подходящая система онлайн-обнаружения разрушения в соответствии с ГОСТ Р 58369. Рекомендуется, чтобы система онлайн-обнаружения разрушения имела возможность прерывать последующие импульсы и останавливать счетчик импульсов после обнаружения разрушения.

Для онлайн-обнаружения разрушения может быть использован любой подходящий метод, например онлайн-микроскопические методы, фотоакустическое и фототермическое обнаружение, а также обнаружение рассеяния с использованием отдельного лазера или излучения от лазера, вызвавшего разрушение. Ниже в качестве примера представлено описание схем обнаружения разрушения, которые базируются на контроле количества излучения от образца, определении конкретных характеристик образца и фототермических методов. Дополнительно приводится информация о методе контроля моментального давления, выделенного как неоптический метод онлайн-обнаружения разрушения. Описанные примеры могут быть найдены в соответствующих общедоступных источниках. Данные практические примеры приведены исключительно в иллюстративных целях и не являются рекомендациями по использованию конкретных схем.

3.2 Основные характеристики, преимущества и недостатки методов онлайн-обнаружения разрушения приведены в таблице 1.

Таблица 1

3.3 Сбор и анализ излучения образца

3.3.1 Обнаружение рассеяния

Наиболее известный принцип онлайн-обнаружения разрушения заключается в измерении излучения, рассеянного компонентом при испытании. Увеличение оптического рассеяния на испытательном участке интерпретируется как прямое следствие изменения свойств в объеме или на поверхности, вызванного сопутствующими механизмами разрушения. Оборудование может работать непосредственно путем обнаружения рассеяния излучения испытательного лазера (см. рисунок 1) или рассеяния излучения отдельного лазера, пучок которого попадает на испытательный участок (см. рисунок 2) совместно с пучком испытательного лазера.

Во втором случае отдельный лазер должен обладать высокой стабильностью диаграммы направленности и минимальными флуктуациями интенсивности. Лазерное излучение настраивается системой подготовки пучка (1), которая, как правило, включает в себя телескопические системы с диафрагмами, пространственные фильтры и оптические компоненты для управления плотностью мощности лазерного излучения. После подготовки лазерный пучок фокусируется на соответствующий участок образца, подвергающегося испытаниям на разрушение. Сбор и обнаружение рассеянного излучения выполняются линзами или вогнутыми зеркалами и фотоприемником соответственно. Часть лазерного пучка, зеркально отраженного от поверхности образца, отрезается негативной диафрагмой так, чтобы отделить рассеянное излучение. Для достижения высокой чувствительности и снижения влияния интерференции с другими источниками света внутри установки рекомендуется использовать методы приема, чувствительные к фазе, и интерференционные фильтры для выделения излучения с длиной волны лазера. Во всех установках сигнал фотоприемника должен регистрироваться с временным разрешением и синхронизацией, достаточными для того, чтобы определить момент разрушения относительно конкретного импульса испытательного лазера.

Примечание - См. [1].

     1 - система подготовки пучка; 2 - титан-сапфировый лазер с усилением чирпированных импульсов (СРА); 3 - ПК для контроля измерений; 4 - измеритель энергии; 5 - измеритель мощности; 6 - ахроматический объектив; 7 - устройство для поступательного перемещения образца; 8 - онлайн-детектор разрушения; 9 - зеркало HR 45°

     Рисунок 1 - Типовая схема системы онлайн-обнаружения рассеяния излучения испытательного лазера

Системы обнаружения рассеяния при разрушении обладают высокой надежностью в случаях преобладания таких механизмов разрушения, которые приводят к структурным изменениям на поверхности или вызываются дефектами в объеме испытательного образца. Схема обнаружения рассеяния может оказаться неподходящей для образцов с таким разрушением, при котором произошло полное отслоение покрытия от поверхности. В некоторых случаях наблюдается снижение сигнала рассеяния на начальном этапе облучения, что приписывают эффектам очистки или закалки поверхности.

     1 - испытательный пучок; 2 - испытательный образец; 3 - блок фильтров; 4 - детектор; 5 - поглотитель пучка; 6 - зондирующий пучок; 7 - зондирующий лазер

     Рисунок 2 - Типовая схема системы онлайн-обнаружения рассеяния с отдельным лазерным источником и негативной диафрагмой

3.3.2 Обнаружение плазмы и теплового излучения

Зачастую эмиссия излучения лазерной плазмы наблюдается при разрушении поверхности [2], [3]. Данное излучение может быть использовано в качестве индикатора разрушения в схеме, сходной со схемой системы онлайн-обнаружения рассеяния. Чтобы отделить излучение плазмы от излучения испытательного лазера, рекомендуется использовать набор фильтров с высокой оптической плотностью для излучения с длиной волны испытательного лазера. Излучение плазмы можно измерять в широком спектральном диапазоне: от среднего инфракрасного (MIR) до дальнего ультрафиолетового излучения (DUV). В некоторых установках длина волны выбирается в ближнем ИК-диапазоне (NIR) и при этом интерпретируется как пирометрический сигнал для определения температуры образца в самом месте воздействия (см. рисунок 3).

     1 - падающий лазерный пучок; 2 - дихроичный расщепитель пучка НТ 1060/HR 850/45°; 3 - набор фильтров НТ 850/HR 1060; 4 - кремниевый фотодиод; 5 - диафрагма, настроенная на размер пятна; 6 - поле рассеяния; 7 - фокусирующая линза; 8 - излучение, характеризующее температуру; 9 - образец; 10 - размер пятна; 11 - плазма; 12 - разрушение

     Рисунок 3

3.3.3 Флуоресценция

Спектрофотометрическое обнаружение флуоресцентного излучения позволяет детально интерпретировать электронные состояния и переходы при облучении материала образца. Вследствие высоких энергий фотонов в данном методе выделены отдельные аспекты проведения испытания на разрушение в UV/DUV-спектральном диапазоне. В большинстве случаев флуоресценция возникает уже при относительно небольших энергиях облучения, значения которых значительно ниже порога разрушения испытываемого компонента. Поэтому обнаружение разрушения зависит от комплексной оценки спектров флуоресценции, что ограничивает данный метод специальными сферами применения и отдельными образцами.

3.4 Обнаружение изменений отражающей способности или пропускания и методы построения изображений

3.4.1 Онлайн-обнаружение изменений отражающей способности или пропускания