ISO 11554:2025
(Main)Optics and photonics — Lasers and laser-related equipment — Test methods for laser beam radiant power, radiant energy and temporal characteristics
Optics and photonics — Lasers and laser-related equipment — Test methods for laser beam radiant power, radiant energy and temporal characteristics
This document specifies test methods for determining the radiant power and radiant energy of continuous wave and pulsed laser beams, as well as their temporal characteristics of pulse shape, pulse duration and pulse repetition rate. Test and evaluation methods are also given for the radiant power stability of cw-lasers, radiant energy stability of pulsed lasers and pulse duration stability. The test methods given in this document are used for the testing and characterization of lasers.
Optique et photonique — Lasers et équipements associés aux lasers — Méthodes d'essai de la puissance rayonnante, de l'énergie rayonnante et des caractéristiques temporelles des faisceaux lasers
Le présent document spécifie des méthodes d'essai pour la détermination de la puissance rayonnante et de l'énergie rayonnante des faisceaux lasers continus et impulsionnels ainsi que leurs caractéristiques temporelles de forme d’impulsion, de durée d'impulsion et du taux de répétition d’impulsion. Il indique, en outre, des méthodes d'essai et d'évaluation de la stabilité de la puissance rayonnante des lasers continus, de la stabilité de l'énergie rayonnante des lasers impulsionnels et de la stabilité de la durée d'impulsion. Les méthodes d'essai données dans le présent document sont destinées à être utilisées pour les essais et la détermination des caractéristiques des lasers.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
International
Standard
ISO 11554
Fifth edition
Optics and photonics — Lasers and
2025-06
laser-related equipment — Test
methods for laser beam radiant
power, radiant energy and temporal
characteristics
Optique et photonique — Lasers et équipements associés aux
lasers — Méthodes d'essai de la puissance rayonnante, de
l'énergie rayonnante et des caractéristiques temporelles des
faisceaux lasers
Reference number
© ISO 2025
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Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols and units of measurement . 2
5 Measurement principles . 3
6 Measurement configuration, test equipment and auxiliary devices . 3
6.1 Preparation .3
6.1.1 Sources with small divergence angles .3
6.1.2 Sources with large divergence angles .3
6.1.3 RIN measurement .4
6.1.4 Measurement of small signal cut off frequency .5
6.2 Control of environmental impacts .6
6.3 Detectors.6
6.4 Beam-forming optics .7
6.5 Optical attenuators .7
7 Measurements . 7
7.1 General .7
7.2 Radiant power of cw lasers .7
7.3 Radiant power stability of cw lasers.8
7.4 Radiant pulse energy of pulsed lasers .8
7.5 Radiant energy stability of pulsed lasers .8
7.6 Temporal radiant pulse shape, radiant pulse duration, rise time, fall time and peak
radiant power .8
7.7 Radiant pulse duration stability .8
7.8 Radiant pulse repetition rate .8
7.9 Relative intensity noise, RIN .9
7.10 Small signal cut-off frequency .9
8 Evaluation . 9
8.1 General .9
8.2 Radiant power of cw lasers .10
8.3 Radiant power stability of cw lasers.10
8.4 Radiant pulse energy of pulsed lasers .10
8.5 Radiant energy stability of pulsed lasers .11
8.6 Temporal radiant pulse shape, radiant pulse duration, rise time, fall time and peak
radiant power .11
8.7 Radiant pulse duration stability . 13
8.8 Radiant pulse repetition rate . 13
8.9 Relative intensity noise, RIN . 13
8.10 Small signal cut-off frequency . 13
9 Test report .13
Annex A (informative) Relative intensity noise (RIN) . 17
Bibliography . 19
iii
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 document 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).
ISO draws attention to the possibility that the implementation of this document may involve the use of (a)
patent(s). ISO takes no position concerning the evidence, validity or applicability of any claimed patent
rights in respect thereof. As of the date of publication of this document, ISO had not received notice of (a)
patent(s) which may be required to implement this document. However, implementers are cautioned that
this may not represent the latest information, which may be obtained from the patent database available at
www.iso.org/patents. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
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 www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 172, Optics and photonics, Subcommittee SC 9,
Laser and electro-optical systems, in collaboration with the European Committee for Standardization (CEN)
Technical Committee CEN/TC 123, Lasers and photonics, in accordance with the Agreement on technical
cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
This fifth edition cancels and replaces the fourth edition (ISO 11554:2017) which has been technically
revised.
The main changes are as follows:
a) Whole document: The term “power" and “energy” that mean optical power and optical energy have been
replaced by “radiant power” and “radiant energy”, respectively, and the word “spectral density” has been
replaced by “spectral” in order to align with ISO 80000-7:2019 and the International Electrotechnical
Vocabulary.
b) Normative references: IEC 61040:1990 has been removed because it was withdrawn in August 2011.
c) In 3.1, the definition of RIN has been corrected. The word “relative intensity noise spectral density” has
been replaced by “spectral relative intensity noise”.
d) In Figure 2, keys 4, 5 and 6 have been amended.
e) In 6.3, the explanatory text has been added instead of referencing IEC 61040:1990.
f) In 6.5,The term “laser power density” has been replaced by “irradiance” in order to align with
ISO 80000-7: 2019.
g) In 7.9, measurement procedure has been modified to clarify the method for removing thermal and shot
noise terms as well as pre-amplifier noise from the measured noise power.
h) In Clause 9 c) 5), the terms “current or energy input”, “pulse energy”, “pulse duration” and “pulse
repetition rate” have been modified in order to clarify their characteristics.
iv
i) In Annex A, the word “spectral density of the power fluctuations” and “spectral density function S ( f )”
ΔP
have been replaced by “spectral irradiation fluctuations” and “power spectrum S ( f )”, respectively.
ΔP
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
v
Introduction
The measurement of laser radiant power (radiant energy for pulsed lasers) is a common type of measurement
performed by laser manufacturers and users. Radiant power (radiant energy) measurements are needed for
laser safety classification, stability specifications, maximum laser output specifications, damage avoidance,
specific application requirements, etc. This document provides guidance on performing laser radiant power
(radiant energy) measurements as applied to stability characterization. The stability criteria are described
for various temporal regions (e.g. short-term, medium term and long term) and provide methods to quantify
these specifications. This document also covers pulse measurements where detector response speed can
be critically important when analysing pulse shape or peak radiant power of short pulses. To standardize
reporting of radiant power (radiant energy) measurement results, a report template is also included.
vi
International Standard ISO 11554:2025(en)
Optics and photonics — Lasers and laser-related equipment
— Test methods for laser beam radiant power, radiant energy
and temporal characteristics
1 Scope
This document specifies test methods for determining the radiant power and radiant energy of continuous
wave and pulsed laser beams, as well as their temporal characteristics of pulse shape, pulse duration and
pulse repetition rate. Test and evaluation methods are also given for the radiant power stability of cw-lasers,
radiant energy stability of pulsed lasers and pulse duration stability.
The test methods given in this document are used for the testing and characterization of lasers.
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/IEC Guide 99, International vocabulary of metrology — Basic and general concepts and associated terms (VIM)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 11145, ISO/IEC Guide 99 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 https:// www .electropedia .org/
3.1
relative intensity noise
RIN
R( f )
quotient of the radiant power mean square fluctuations to the square of the mean radiant power, normalized
to a frequency band of unit width
ΔPf
()
Rf =·
()
Δf
P
where Δf is the equivalent noise bandwidth.
Note 1 to entry: The relative intensity noise R( f ) or RIN [see Formula] is explicitly spoken of as the “spectral relative
intensity noise”, but usually simply referred to as RIN.
Note 2 to entry: For further details, see Annex A.
3.2
small signal cut off frequency
f
c
frequency at which the laser radiant power output modulation drops to half the value obtained at low
frequencies when applying small, constant input radiant power modulation and increasing the frequency
4 Symbols and units of measurement
The symbols and units specified in ISO 11145 and in Table 1 are used in this document.
Table 1 — Symbols and units of measurement
Symbol Unit Term
f Hz Frequency
f Hz Small signal cut-off frequency
c
[ f ,f ] Hz Frequency range for which the relative intensity noise R( f ) is given
1 2
k 1 Coverage factor for the determination of uncertainty
m
1 Reading
m 1 Mean value of readings
P W Radiant power averaged over the sampling period
Mean radiant power, averaged over the measurement period at the operating
W
P
conditions specified by the manufacturer
Relative radiant power fluctuation to a 95 % confidence level for the appro-
ΔP 1 priate sampling period [ΔP (1 µs) and/or ΔP (1 ms) and/or ΔP (0,1 s) and/or
ΔP (1 s)]
J Mean pulse radiant energy
Q
ΔQ 1 Relative pulse radiant energy fluctuation to a 95 % confidence level
-1
R( f ) Hz or dB/Hz Relative intensity noise, RIN
S(t) 1 Detector signal
s 1 Measured standard deviation
T s Pulse repetition period
t s Measurement period
Expanded relative uncertainty corresponding to a 95 % confidence level (cov-
U 1
rel
erage factor k = 2)
Expanded relative uncertainty of calibration corresponding to a 95 % confi-
U (C) 1
rel
dence level (coverage factor k = 2)
τ s Fall time of laser pulse
F
Relative pulse duration fluctuation with regard to τ to a 95 % confidence
H
Δτ 1
H
level
τ s Rise time of laser pulse
R
Relative pulse duration fluctuation with regard to τ to a 95 % confidence
Δτ 1
level
[1]
NOTE 1 For further details regarding 95 % confidence level see ISO 2602 .
NOTE 2 The expanded uncertainty is obtained by multiplying the standard uncertainty by a coverage factor k = 2. It
[3]
is determined according to ISO/IEC Guide 98-3 . In general, with this coverage factor, the value of the measurand lies
with a probability of approximately 95 % within the interval defined by the expanded uncertainty.
-1
NOTE 3 R( f ) expressed in dB/Hz equals 10 log R( f ) with R( f ) given in Hz .
5 Measurement principles
The laser beam is directed on to the detector surface to produce a signal with amplitude proportional to the
radiant power or radiant energy of the laser. The amplitude versus time is measured. Radiation emitted by
sources with large divergence angles is collected by an integrating sphere. Beam forming and attenuation
devices may be used when appropriate.
The evaluation method depends on the parameter to be determined and is described in Clause 8.
6 Measurement configuration, test equipment and auxiliary devices
6.1 Preparation
6.1.1 Sources with small divergence angles
The laser beam and the optical axis of the measuring system shall be coaxial. Select the diameter (cross-
section) of the optical system such that it accommodates the entire cross section of the laser beam and so
that clipping or diffraction loss is smaller than 10 % of the intended measurement uncertainty.
Arrange an optical axis so that it is coaxial with the laser beam to be measured. Suitable optical alignment
devices are available for this purpose (e.g. aligning lasers or steering mirrors). Mount the attenuators or
beam forming optics such that the optical axis runs through the geometrical centres. Care should be
exercised to avoid systematic errors.
NOTE 1 Reflections, external ambient light, thermal radiation and air currents are all potential sources of errors.
After the initial preparation is completed, make an evaluation to determine if the entire laser beam reaches
the detector surface. For this determination, apertures of different diameters can be introduced into the
beam path in front of each optical component. Reduce the aperture size until the output signal has been
reduced by 5 %. This aperture should have a diameter at least 20 % smaller than the aperture of the optical
component. For divergent beams, the aperture should be placed immediately in front of the detector to
ensure total beam capture.
NOTE 2 Remove these apertures before performing the radiant power (radiant energy) measurements described in
Clause 7.
6.1.2 Sources with large divergence angles
The radiation emitted by sources with large divergence angles shall be collected by an integrating sphere.
The collected radiation is subjected to multiple reflections from the wall of the integrating sphere; this leads
to a uniform irradiance of the surface proportional to the collected flux. A detector located in the wall of
the sphere measures this irradiance. An opaque screen shields the detector from the direct radiation of the
device being measured. The emitting device is positioned at or near the entrance of the integrating sphere,
so that no direct radiation will reach the detector.
Figure 1 shows an integrating sphere measurement configuration for a small emitting source positioned
inside the integrating sphere. Large sized sources should, of course, be positioned outside the sphere but
close enough to the input aperture so that all emitted radiation enters the sphere.
Key
1 integrating sphere
2 diffusing opaque screen
3 device being measured
4 detector
Figure 1 — Schematic arrangement for the measurement of highly divergent sources
6.1.3 RIN measurement
The measuring arrangement for determination of the RIN is shown in Figure 2. The beam propagates
through the lens, an attenuator or other lossy medium, and falls on the detector. When adjusting the
measuring arrangement, feedback of the output radiant power into the laser shall be minimized to avoid
measurement errors.
The RIN, R( f ) is determined at reference plane A, before any losses. The Poisson component of the RIN is
increased at plane B due to losses, and again at plane C due to inefficiency in the detection process.
NOTE For an explanation of the different components of RIN, see Annex A.
To measure RIN, an electrical splitter sends the dc detector signal produced by a test laser to a meter while
the ac electrical noise is amplified and then displayed on an electrical spectrum analyser. RIN depends on
numerous quantities, the primary ones being:
— frequency;
— output radiant power;
— temperature;
— modulation frequency;
— time delay and magnitude of optical feedback;
— mode suppression ratio;
— relaxation oscillation frequency.
Consequently, variations or changes in these quantities should be minimized during the measurement
process.
Key
1 laser 7 pre-amplifier
2 lens 8 electrical spectrum analyser
3 attenuator or other lossy medium A reference plane that defines RIN
4 photodetector B poisson RIN increases due to losses
5 electrical splitter to separate d.c. and a.c. components C detector adds shot noise RIN
6 d.c. current meter
Figure 2 — Measurement arrangement for RIN determination
6.1.4 Measurement of small signal cut off frequency
For determination of the small signal cut off frequency, f , of lasers, the laser is modulated as described in
c
7.10 and the ac output radiant power measured. Figure 3 shows the basic measurement arrangement for the
case of diode lasers. When adjusting the measuring arrangement, feedback of the output radiant power into
the laser shall be minimized to avoid measurement errors.
Key
D device being measured G adjustable frequency ac generator
PD detecto
...
Norme
internationale
ISO 11554
Cinquième édition
Optique et photonique — Lasers et
2025-06
équipements associés aux lasers —
Méthodes d'essai de la puissance
rayonnante, de l'énergie rayonnante
et des caractéristiques temporelles
des faisceaux lasers
Optics and photonics — Lasers and laser-related equipment —
Test methods for laser beam radiant power, radiant energy and
temporal characteristics
Numéro de référence
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CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
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 mesurage . 2
5 Principes de mesurage . 3
6 Configuration de mesurage, appareillage d'essai et dispositifs auxiliaires . 3
6.1 Préparation .3
6.1.1 Sources ayant de petits angles de divergence .3
6.1.2 Sources ayant de grands angles de divergence .3
6.1.3 Mesure du RIN .4
6.1.4 Mesurage de la fréquence de coupure aux petits signaux .5
6.2 Contrôle des impacts environnementaux .6
6.3 Détecteurs .6
6.4 Optique de formation du faisceau .7
6.5 Atténuateurs optiques .8
7 Mesurages . 8
7.1 Généralités .8
7.2 Puissance rayonnante des lasers continus .8
7.3 Stabilité de la puissance rayonnante des lasers continus .8
7.4 Énergie d'impulsion rayonnante des lasers impulsionnels .8
7.5 Stabilité de l'énergie rayonnante des lasers impulsionnels .9
7.6 Forme d'impulsion rayonnante temporelle, durée d'impulsion rayonnante, temps de
montée, temps de descente et puissance rayonnante de crête.9
7.7 Stabilité de la durée d'impulsion rayonnante .9
7.8 Fréquence de répétition d’impulsion rayonnante .9
7.9 Bruit d’intensité relative, RIN .9
7.10 Fréquence de coupure aux petits signaux .9
8 Évaluation . 10
8.1 Généralités .10
8.2 Puissance rayonnante des lasers continus .10
8.3 Stabilité de puissance rayonnante des lasers continus .11
8.4 Énergie d'impulsion rayonnante des lasers impulsionnels .11
8.5 Stabilité de l'énergie rayonnante des lasers impulsionnels .11
8.6 Forme d'impulsion rayonnante temporelle, durée d'impulsion rayonnante, temps de
montée, temps de descente et puissance rayonnante de crête.11
8.7 Stabilité de la durée d'impulsion rayonnante . 13
8.8 Taux de répétition d'impulsion rayonnante . 13
8.9 Bruit d'intensité relative, RIN .14
8.10 Fréquence de coupure aux petits signaux .14
9 Rapport d'essai . 14
Annexe A (informative) Bruit d'intensité relative (RIN) . 17
Bibliographie . 19
iii
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’ISO attire l’attention sur le fait que la mise en application du présent document peut entraîner l’utilisation
d’un ou de plusieurs brevets. L’ISO ne prend pas position quant à la preuve, à la validité et à l’applicabilité de
tout droit de propriété revendiqué à cet égard. À la date de publication du présent document, l’ISO n'avait pas
reçu notification qu’un ou plusieurs brevets pouvaient être nécessaires à sa mise en application. Toutefois,
il y a lieu d’avertir les responsables de la mise en application du présent document que des informations
plus récentes sont susceptibles de figurer dans la base de données de brevets, disponible à l'adresse
www.iso.org/brevets. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne pas avoir identifié tout ou partie de
tels droits de propriété.
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 www.iso.org/avant-propos.
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, en collaboration avec le Comité Technique CEN/TC 123, Lasers et
photonique, du Comité Européen de Normalisation (CEN) conformément à l’Accord de coopération entre l’ISO
et le CEN (Accord de Vienne).
Cette cinquième édition annule et remplace la quatrième édition (ISO 11554:2017), qui a fait l’objet d’une
révision technique.
Les principales modifications sont les suivantes:
a) Tout le document: les termes “puissance” et “énergie” qui signifient puissance optique et énergie optique
ont été remplacés par “puissance de rayonnement” et “énergie de rayonnement” respectivement, et
le mot “densité spectrale” a été remplacé par “spectral” pour s’aligner avec l’ISO 80000-7:2019 et le
Vocabulaire Electrotechnique International.
b) Références normative: l’IEC 61040:1990 a été supprimée parce qu’elle a été supprimée en août 2011.
c) En 3.1, la définition de RIN a été corrigée. Le mot “densité spectrale de bruit d’intensité relative” a été
remplacé par” bruit d’intensité relative spectrale”.
d) En Figure 2, les légendes 4, 5 et 6 ont été modifiées.
e) En 6.3, Un texte explicatif a été ajouté à la place de la référence à l'IEC 61040:1990.
f) En 6.5, le terme “densité de puissance du laser ” a été remplacé par “éclairement énergétique” pour
s’aligner avec l’ISO 80000-7:2019.
iv
g) En 7.9, le mode opératoire de mesure a été modifié pour clarifier la méthode d'élimination des termes de
bruit thermique et de bruit de grenaille, ainsi que du bruit du préamplificateur de la puissance de bruit
mesurée.
h) Dans l’Article 9 c) 5), les termes “courant ou énergie d'entrée”, “énergie d'impulsion”, “durée d'impulsion”
et “taux de répétition d’impulsion” ont été modifiés afin de clarifier leurs caractéristiques.
i) En Annexe A, le mot “densité spectrale des fluctuations de puissance” et “fonction de densité spectrale
S ( f ) ” ont été remplacés par “fluctuations d’irradiation spectrale” et “spectre de puissance S ( f )”,
ΔP ΔP
respectivement.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes se
trouve à l’adresse www.iso.org/members.html.
v
Introduction
Le mesurage de la puissance rayonnante laser (de l'énergie rayonnante pour les lasers impulsionnels) est un
type courant de mesurage effectué par les fabricants et les utilisateurs de lasers. Les mesurages de puissance
(énergie) sont nécessaires pour la classification de la sécurité des lasers, les spécifications de stabilité, les
spécifications de puissance maximale de sortie, la prévention des dommages, les exigences d'application
spécifique, etc. Le présent document fournit des lignes directrices relatives à la réalisation des mesurages
de puissance (énergie) des lasers aux fins de caractérisation de la stabilité. Les critères de stabilité sont
décrits pour des espaces temporels variés (par exemple le court terme, le moyen terme et le long terme)
et fournissent des méthodes visant à quantifier ces spécifications. Le présent document couvre aussi les
mesurages d'impulsions lorsque la vitesse de réponse du détecteur peut être d'importance critique lors de
l'analyse de la forme d'impulsion ou de la puissance de crête des impulsions courtes. Pour normaliser le
rapport de résultats de mesurage de la puissance (énergie), un modèle de rapport est également inclus.
vi
Norme internationale ISO 11554:2025(fr)
Optique et photonique — Lasers et équipements associés aux
lasers — Méthodes d'essai de la puissance rayonnante, de
l'énergie rayonnante et des caractéristiques temporelles des
faisceaux lasers
1 Domaine d'application
Le présent document spécifie des méthodes d'essai pour la détermination de la puissance rayonnante et
de l'énergie rayonnante des faisceaux lasers continus et impulsionnels ainsi que leurs caractéristiques
temporelles de forme d’impulsion, de durée d'impulsion et du taux de répétition d’impulsion. Il indique, en
outre, des méthodes d'essai et d'évaluation de la stabilité de la puissance rayonnante des lasers continus, de
la stabilité de l'énergie rayonnante des lasers impulsionnels et de la stabilité de la durée d'impulsion.
Les méthodes d'essai données dans le présent document sont destinées à être utilisées pour les essais et la
détermination des caractéristiques des lasers.
2 Références normatives
Les documents suivants cités dans le texte 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
Guide ISO/IEC 99, Vocabulaire international de métrologie — Concepts fondamentaux et généraux et termes
associés (VIM)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 11145, dans le
Guide ISO/IEC 99 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 https:// www .electropedia .org/
3.1
bruit d'intensité relative
RIN
R( f )
quotient de la moyenne quadratique des variations de la puissance rayonnante par le carré de la puissance
rayonnante moyenne, normalisée à une bande de fréquence de largeur unitaire
〈ΔPf() 〉
Rf()= ·
Δf
〈〉P
où Δf est la largeur de bande de bruit équivalente
Note 1 à l'article: Le bruit d'intensité relative R( f) ou RIN [voir Formule] est explicitement appelé «bruit d’intensité
relative spectral», mais généralement appelée simplement RIN.
Note 2 à l'article: Pour plus de détails, voir l’Annexe A.
3.2
fréquence de coupure aux petits signaux
f
c
fréquence à laquelle la modulation de puissance rayonnante de sortie du laser chute de la moitié de la valeur
obtenue à de basses fréquences lorsqu'on applique une modulation de puissance rayonnante d'entrée faible,
constante, et que l'on augmente la fréquence
4 Symboles et unités de mesurage
Les symboles et unités spécifiés dans l'ISO 11145 et dans le Tableau 1 sont utilisés dans le présent document.
Tableau 1 — Symboles et unités de mesurage
Symbole Unité Terme
f Hz Fréquence
f Hz Fréquence de coupure aux petits signaux
c
[ f ,f ] Hz Plage de fréquences pour laquelle le bruit d'intensité relative R(f) est donné
1 2
k 1 Facteur d'élargissement pour la détermination de l'incertitude
m
1 Lecture
m 1 Valeur moyenne des lectures
P W Puissance rayonnante moyennée sur la durée d'échantillonnage
Puissance rayonnante moyenne, moyennée sur la durée de mesurage, aux
W
P
conditions de fonctionnement spécifiées par le fabricant
Fluctuation relative de puissance rayonnante à un niveau de confiance de
ΔP 1 95 % pour une durée d'échantillonnage appropriée [ΔP (1 µs) et/ou ΔP (1 ms)
et/ou ΔP (0,1 s) et/ou ΔP (1 s)]
Q J Énergie rayonnante pulsée moyenne
Fluctuation relative de l'énergie rayonnante d'impulsion au niveau de
ΔQ 1
confiance de 95 %
−1
R( f ) Hz ou dB/Hz Bruit d'intensité relative, RIN
S(t) 1 Signal du détecteur
s 1 Écart-type mesuré
T s Durée de répétition des impulsions
t s Durée de mesurage
Incertitude relative élargie correspondant à un niveau de confiance de 95 %
U 1
rel
(facteur d'élargissement k = 2)
Incertitude relative élargie d'étalonnage correspondant à un niveau de
U (C) 1
rel
confiance de 95 % (facteur d'élargissement k = 2)
τ s Temps de descente de l'impulsion du laser
F
Fluctuation relative de la durée d'impulsion par rapport à τ au niveau de
H
Δτ 1
H
confiance de 95 %
τ s Temps de montée de l'impulsion du laser
R
Fluctuation relative de la durée d'impulsion par rapport à τ au niveau de
Δτ 1
confiance de 95 %
[1]
NOTE 1 Pour de plus amples détails concernant le niveau de confiance de 95 %, voir l'ISO 2602 .
NOTE 2 L'incertitude élargie s'obtient en multipliant l'incertitude-type par un facteur d'élargissement k = 2. On la
[3]
détermine conformément au Guide ISO/IEC 98-3 . En général, avec ce facteur d'élargissement, la valeur du mesurande
se situe dans l'intervalle défini par l'incertitude élargie, avec une probabilité d'approximativement 95 %.
−1
NOTE 3 R( f ) exprimé en dB/Hz, est égal à 10 log R( f ) avec R( f ) donné en Hz .
5 Principes de mesurage
Le faisceau laser est dirigé sur la surface du détecteur pour produire un signal dont l'amplitude est
proportionnelle à la puissance rayonnante ou à l'énergie rayonnante du laser. L'amplitude est mesurée en
fonction du temps. Le rayonnement émis par des sources avec de grands angles de divergence est capté par
une sphère intégrante. Il est possible d'utiliser des dispositifs de formation et d'atténuation du faisceau, si
cela est approprié.
La méthode d'évaluation dépend du paramètre à déterminer et elle est décrite dans l'Article 8.
6 Configuration de mesurage, appareillage d'essai et dispositifs auxiliaires
6.1 Préparation
6.1.1 Sources ayant de petits angles de divergence
Le faisceau laser et l'axe optique du système de mesurage doivent être coaxiaux. Choisir le diamètre (section
transversale) du système optique de sorte qu'il contienne la totalité de la section transversale du faisceau
laser et que la perte par séparation ou diffraction soit inférieure à 10 % de l'incertitude de mesurage prévue.
Disposer un axe optique de façon qu'il soit coaxial avec le faisceau laser à mesurer. Il existe, pour cela, des
dispositifs d'alignement optique adaptés (par exemple des lasers d'alignement ou des miroirs orientables).
Monter les atténuateurs ou les optiques de mise en forme du faisceau de telle façon que l'axe optique passe
par les centres géométriques. Il convient de prendre des précautions pour éviter les erreurs systématiques.
NOTE 1 Les réflexions, la lumière ambiante extérieure, le rayonnement thermique et les courants d'air sont tous
des sources potentielles d'erreur.
La préparation initiale étant achevée, faire une évaluation pour déterminer si la totalité du faisceau laser
atteint la surface du détecteur. Pour cette détermination, des ouvertures de différents diamètres peuvent
être introduites dans le trajet du faisceau en face de chaque composant optique. Réduire la dimension de
l'ouverture jusqu'à réduction du signal de sortie de 5 %. Il convient que cette ouverture ait un diamètre
inférieur d'au moins 20 % à l'ouverture du composant optique. Pour les faisceaux divergents, il est
recommandé que l'ouverture soit placée immédiatement en face du détecteur pour assurer la capture totale
du faisceau.
NOTE 2 Retirer ces ouvertures avant d'effectuer les mesurages de puissance rayonnante (énergie rayonnante)
décrits dans l'Article 7.
6.1.2 Sources ayant de grands angles de divergence
Le rayonnement émis par des sources avec de grands angles de divergence doit être capté par une sphère
intégrante. Le rayonnement capté est soumis à des réflexions multiples à partir de la paroi de la sphère
intégrante; ceci conduit à un éclairement uniforme de la surface proportionnel au flux capté. Un détecteur
situé dans la paroi de la sphère mesure cet éclairement. Un écran opaque protège le détecteur contre le
rayonnement direct du dispositif soumis au mesurage. Le dispositif émetteur est positionné à, ou près de,
l'entrée de la sphère intégrante de telle sorte qu'aucun rayonnement direct n'atteigne le détecteur.
La Figure 1 présente une configuration de mesurage par sphère intégrante pour une petite source émettrice
positionnée à l'intérieur de la sphère intégrante. Il convient que les sources de grandes dimensions soient
évidemment positionnées à l'extérieur de la sphère, mais assez proches de l'ouverture d'entrée afin que tout
le rayonnement émis entre dans la sphère.
Légende
1 sphère intégrante
2 écran opaque diffusant
3 dispositif soumis au mesurage
4 détecteur
Figure 1 — Schéma de montage pour le mesurage de sources hautement divergentes
6.1.3 Mesure du RIN
La configuration de mesure utilisée pour déterminer le RIN est présentée à la Figure 2. Le faisceau se
propage à travers la lentille, un atténuateur ou un autre milieu réducteur et est recueilli par le détecteur.
Lors de l'ajustement de la configuration de mesure, le retour de la puissance rayonnante de sortie dans le
laser doit être minimisé de façon à éviter des erreurs de mesurage.
Le RIN, R( f) est déterminé au plan A de référence, avant toute perte. La composante de Poisson du RIN est
augmentée au plan B en raison des pertes et de nouveau au plan C en raison d'une inefficacité du processus
de détection.
NOTE Pour une explication des différentes composantes du RIN, voir l'Annexe A.
Pour mesurer le RIN, un séparateur électrique envoie le signal continu produit par un laser d'essai dans
un ampèremètre, tandis que le bruit électrique en courant alternatif est amplifié et ensuite affiché sur un
analyseur de spectre électrique. Le RIN dépend de nombreuses grandeurs dont les principales sont:
— la fréquence;
— la puissance rayonnante de sortie;
— la température;
— la fréquence de modulation;
— le retard et l'amplitude du retour optique;
— le rapport mode/suppression;
— la fréquence d'oscillation d'atténuation.
De ce fait, il est recommandé de minimiser les variations ou modifications de ces grandeurs pendant le
processus de mesurage.
Légende
1 laser
2 lentilles
3 atténuateur ou autre milieu réducteur
4 détecteur
5 séparateur électrique pour séparer les composants du courant continu et du courant alternatif
6 mesureur de courant continu
7 préamplificateur
8 analyseur de spectre électrique
A plan de référence qui définit le RIN
B la composante de poisson du RIN augmente en raison des pertes
C le détecteur ajoute un bruit de grenaille au RIN
Figure 2 — Configuration de mesurage utilisée pour déterminer le RIN
6.1.4 Mesurage de la fréquence de coupure aux petits signaux
Pour déterminer la fréquence de coupure aux petits signaux, f , des lasers, le laser est modulé suivant la
c
description en 7.10 et la puissance rayonnante de sortie en courant alternatif est mesurée. La Figure 3
représente la configuration basique de mesurage dans le cas de diodes lasers. Lors de l'ajustement de la
configuration de mesurage, le retour de la Puissance rayonnante de sortie dans le laser doit être minimisé
de façon à éviter des erreurs de mesurage.
Légende
D dispositif soumis au mesurage G générateur de courant alternatif à
fréquence réglable
PD détecteur (par exemple photodétecteur) G générateur de courant continu
M instrument de mesure de la puissance rayonnante de sortie en C , C condensateurs de couplage
1 2
courant alternatif de la diode laser
Figure 3 — Configuration de mesurage utilisée pour déterminer la fréquence de coupure aux petits
signaux des diodes lasers
6.2 Contrôle des impacts environnementaux
Prendre les précautions appropriées, notamment en isolant le dispositif d'essai des vibrations mécaniques et
acoustiques, protection contre tout rayonnement étranger, stabilisation de la température du laboratoire et
choix d'amplificateurs à faible bruit, de façon à garantir que la contribution à l'erreur totale reste inférieure
à 10 % de l'incertitude prévue. Vérifier cela en effectuant un mesurage du bruit de fond tel que décrit dans
l'Article 7, mais en veillant à ce que le faisceau laser n'atteigne pas le détecteur (par exemple en interposant
un écran dans le résonate
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.
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