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Métrologie de l'endommagement laserArticle de référence | Réf : R6739 v1
Auteur(s) : Patrick PINOT, Zaccaria SILVESTRI, Alain VISSIERE
Date de publication : 10 janv. 2021
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La norme NF EN 60825-1 (C43-805) du 10/10/2014 citée dans cet article a été modifiée par la norme NF EN 60825-1/A11 de juin 2021 : Sécurité des appareils à laser - Partie 1: Classification des matériels et exigences
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2105 (Mai 2021).
Cet article traite des différentes méthodes de mesure de la puissance d’un laser en se focalisant largement sur les nouvelles techniques utilisant la pression de radiation. Ces dernières répondent à de nombreux enjeux industriels et besoins métrologiques. Ainsi, il est possible de mesurer in situ une puissance laser sans interrompre son utilisation dans une large étendue de longueur d’onde allant des rayonnements ultraviolets aux rayonnements infrarouges, avec une traçabilité aux unités du SI des grandeurs mécaniques telles que longueur et masse.
This article deals with the different methods for measuring laser power, focusing largely on new techniques using radiation pressure. These meet many industrial challenges and metrological needs. Thus, it is possible to measure in situ a laser power without interrupting its use over a wide range of wavelengths from ultraviolet radiation to infrared radiation with traceability to SI units of mechanical quantities such as length and mass.
Patrick PINOT : Docteur en systèmes physiques et métrologie du Conservatoire national des arts et métiers (Cnam), expert indépendant en métrologie, consultant LNE - Ancien directeur adjoint du Laboratoire commun de métrologie LNE-Cnam (EA 2367), La Plaine Saint-Denis, France
Zaccaria SILVESTRI : Docteur en lasers, métrologie et communications du Cnam, Ingénieur de recherche, chef de projet au département « masse et grandeurs dérivées » - Laboratoire commun de métrologie LNE-Cnam, La Plaine Saint-Denis, France
Alain VISSIERE : Docteur en sciences physiques, ingénieur des Arts et Métiers, Ingénieur de recherche au Cnam - Laboratoire commun de métrologie LNE-Cnam, La Plaine Saint-Denis, France
Le présent article a pour objectif de présenter les différentes techniques de mesure de la puissance d’un laser et, plus spécifiquement, les nouvelles techniques basées sur la pression de radiation pour une étendue de mesure allant de quelques milliwatts jusqu’à une dizaine de kilowatts. Ces nouvelles techniques répondent à de nombreux enjeux industriels et besoins métrologiques, par exemple une mesure in situ d’une puissance laser. Cette mesure peut s’effectuer sans interrompre l’utilisation du laser dans une large étendue de longueurs d’onde, des rayonnements ultraviolets aux rayonnements infrarouges. La mesure de puissance via la pression de radiation est traçable aux unités du SI (système international des unités) des grandeurs mécaniques telles que longueur et masse.
Après quelques rappels de définitions sur les grandeurs radiométriques et les principales caractéristiques d’un laser, l’article présente les principaux détecteurs (thermiques et quantiques) utilisés pour la mesure de la puissance d’un laser. Cela permet de mieux appréhender les besoins industriels, médicaux ou métrologiques actuels nécessitant le développement de nouveaux détecteurs avec des principes totalement différents. Se plaçant d’un point de vue métrologique, l’article s’attarde à décrire la traçabilité métrologique des détecteurs en présentant, par exemple, le radiomètre cryogénique à substitution électrique, référence radiométrique de nombreux laboratoires nationaux de métrologie.
L’utilisation de la pression de radiation à des fins métrologiques est le principal aspect qui est développé ici. En effet, à l’aide d’un simple miroir associé à un capteur de faible force, il est possible de mesurer, entre autres, la puissance d’un laser. Les nombreux développements dans les laboratoires nationaux de métrologie basés sur ce principe ouvrent de grandes perspectives pour la réalisation d’étalons primaires de puissance laser. Outre un aspect complémentaire aux méthodes dites « conventionnelles », les avantages et limites de la mesure de puissance d’un laser par la pression de radiation sont présentés.
Metrology | Radiation pressure | laser power
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(1) - MAXWELL (J.C.) - VIII. A dynamical theory of the electromagnetic field. - Philos. Trans. R. Soc. Lond., vol. 155, p. 459-512, janv. 1865, doi: 10.1098/rstl.1865.0008.
(2) - SUBRAN (C.), SAGAUT (J.), LAPOINTE (S.) - Lasers : principes, applications et mesures énergétiques. - p. 18 (2009).
(3) - DESVIGNES (F.) - Radiométrie. Photométrie. - Tech. Ing., p. 24 (1992).
(4) - Termlist | eilv - Vocabulaire – Commission Internationale de l’Eclairage. - https://cie.co.at/.
(5) - CIE. – CIE Publication 17.4: International Lighting Vocabulary - Vocabulaire international de l’éclairage. - (1987). http://itu.tind.io/.
(6) - ROUGIÉ (B.), COUTIN (J.-M.) - Références...
Sécurité des appareils à laser – Partie 1 : classification des matériels et exigences. - NF EN 60825-1 - 2014
Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d’étalonnages et d’essais. - NF EN ISO/IEC 17025 - 2017
Organismes – Associations – Fédérations
BIPM : https://www.bipm.org
Commission internationale de l’éclairage : https://cie.co.at/
Cofrac : https://www.cofrac.fr/
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