JPH06317497A - Absorption coefficient measuring method - Google Patents

Absorption coefficient measuring method

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Publication number
JPH06317497A
JPH06317497A JP13115993A JP13115993A JPH06317497A JP H06317497 A JPH06317497 A JP H06317497A JP 13115993 A JP13115993 A JP 13115993A JP 13115993 A JP13115993 A JP 13115993A JP H06317497 A JPH06317497 A JP H06317497A
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JP
Japan
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temperature
sample
function
absorption coefficient
data
Prior art date
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Pending
Application number
JP13115993A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazumasa Konishi
一昌 小西
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPH06317497A publication Critical patent/JPH06317497A/en
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Abstract

PURPOSE:To enhance accuracy in the measurement by determining a formula of a curve smoothed according to a smoothing spline function based on the measurements of temperature rise and drop of a sample, determining a temperature variation rate by differentiating the formula of the curve, and then calculating an absorption coefficient based on the temperature variation rate. CONSTITUTION:The variation rate of temperature rise and drop of a sample fluctuates significantly due to noise when the sample is irradiated with laser light and the irradiation is eventually interrupted. A formula of a continuous curve is thereby set according to a smoothing spline function. The function is a piecewise polynomial for connecting a set of data points (xi, yi) smoothly. Consequently, the time (t) and the measured temperature T of sample can correspond with variables (x) and (y) to approximate each data point well thus providing a smooth function (curve). The approximate function representative of the temperature variation of sample is then differentiated to determine an absorption coefficient thus obtaining a value more approximate to a real value.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、高出力レ−ザ用光学
部品などの吸収係数測定方法に関するものである。高出
力レ−ザというのは、YAGレ−ザ、COレ−ザ、CO
2 レ−ザなどの赤外レ−ザで出力の大きいもの、さらに
は可視光、紫外光レ−ザで出力の大きいものを広く指し
ている。レ−ザ光を反射し、集光し、発散させるために
光学部品を用いる。大出力を発生するレ−ザは光学部品
に照射される光が強いので、吸収係数が低いということ
が要望される。吸収が大きいとレ−ザ光の発生する熱の
ために部品が破壊されるし、光のパワ−損失が大きいと
いうこと自体望ましくないからである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an absorption coefficient measuring method for optical components for high power lasers. High output lasers are YAG lasers, CO lasers, CO lasers.
It broadly refers to infrared lasers such as 2 lasers, which have a large output, and visible lasers and ultraviolet lasers, which have a large output. Optical components are used to reflect, collect and diverge the laser light. Since the laser that generates a large output irradiates the optical components with strong light, it is required that the absorption coefficient be low. This is because if the absorption is large, the parts are destroyed by the heat generated by the laser light, and it is not desirable that the power loss of the light is large.

【0002】吸収係数というのは、光学部品の内部で単
位長さ当たり光が進行するときに、どれほど強度が減少
するかを表す指標である。光のエネルギ−がexp(−β
x) によって表されるとすると、このβを吸収係数とい
う。現象論的な量であるがレンズのように透過型の光学
部品の特性を評価する場合に重要である。
The absorption coefficient is an index showing how the intensity decreases as light travels per unit length inside an optical component. The energy of light is exp (−β
If it is represented by x), this β is called an absorption coefficient. Although it is a phenomenological amount, it is important when evaluating the characteristics of transmissive optical components such as lenses.

【0003】[0003]

【従来の技術】光学部品の吸収係数測定方法としては、
レ−ザカロリメトリ法が知られている。これは試料温度
を測定しながら試料に光線を照射し、試料の時間的な温
度変化率から吸収係数を求める方法である。図3にレ−
ザカロリメトリ法を用いた吸収係数測定装置の概略図を
示す。レ−ザ光1は、試料4に入射しこれを透過または
反射する。一部のパワ−は試料に吸収される。試料の温
度は熱電対5によって計測される。熱電対の出力は多点
デ−タ取得装置2に入力されこれがパソコン3によって
処理される。このような装置により試料(光学部品)の
レ−ザ照射時の温度上昇の速さと、照射を止めた後の温
度下降の速さを求める。
2. Description of the Related Art As a method of measuring the absorption coefficient of optical parts,
The laser calorimetry method is known. This is a method of irradiating the sample with a light beam while measuring the sample temperature and obtaining the absorption coefficient from the rate of temperature change of the sample over time. Figure 3
1 shows a schematic view of an absorption coefficient measuring device using the Zcalorimeter method. The laser light 1 is incident on the sample 4 and is transmitted or reflected by the sample 4. Some power is absorbed by the sample. The temperature of the sample is measured by the thermocouple 5. The output of the thermocouple is input to the multipoint data acquisition device 2 and processed by the personal computer 3. With such an apparatus, the rate of temperature rise during laser irradiation of the sample (optical component) and the rate of temperature decrease after the irradiation is stopped are determined.

【0004】つまり初めは、レ−ザ光を試料に照射し、
一定時間おきに試料の温度を測定してゆく。これらのデ
−タから温度上昇時の温度の時間微分(dT/dt)↑
がえられる。次いでレ−ザ光を遮断し試料を放冷する。
この時の温度を一定時間毎に測定する。そして温度下降
時の温度の時間微分(dT/dt)↓を得る。これから
吸収係数βは、
That is, at first, the sample is irradiated with laser light,
Measure the temperature of the sample at regular intervals. From these data, the time derivative of the temperature when the temperature rises (dT / dt) ↑
Can be obtained. Then, the laser light is shut off and the sample is allowed to cool.
The temperature at this time is measured at regular intervals. Then, the time derivative (dT / dt) ↓ of the temperature when the temperature decreases is obtained. From this, the absorption coefficient β is

【0005】 β=(2nMCp ){(dT/dt)↑+(dT/dt)↓}/LP(n2 +1 ) (1)Β = (2nMC p ) {(dT / dt) ↑ + (dT / dt) ↓} / LP (n 2 +1) (1)

【0006】によって求められる。ここで、nは試料の
屈折率、Mは試料の質量、Cp は試料の定圧比熱、Lは
試料の長さ、Pはレ−ザ光の出力である。
[0006] Here, n is the refractive index of the sample, M is the mass of the sample, C p is the constant pressure specific heat of the sample, L is the length of the sample, and P is the output of the laser light.

【0007】この式に基づいて吸収係数βを求めること
が出来る。式の前に付く、試料の屈折率、比熱、長さ、
質量などは既知のパラメ−タである。測定しなければな
らないものは、温度上昇時の温度の時間変化(dT/d
t)↑と、温度下降時の温度変化(dT/dt)↓であ
る。
The absorption coefficient β can be obtained based on this equation. Before the equation, the refractive index of the sample, the specific heat, the length,
Mass and the like are known parameters. What must be measured is the change in temperature with time (dT / d
t) ↑ and the temperature change (dT / dt) ↓ when the temperature falls.

【0008】実際にレ−ザを当てて、試料の温度を測定
し、図1のようなデ−タを得る。温度変化のグラフは、
上昇線と下降線とよりなる山形のグラフになる。横軸が
時間で、縦軸が温度である。このようなデ−タを得た
後、小さい時間間隔Δtでの温度上昇ΔTを計算し、こ
の比(ΔT/Δt)を求める。1箇所だけでは揺らぎが
大きいので、多くの点で同様の計算をする。例えば上昇
時と下降時の両方で30〜50箇所での(ΔT/Δt)
j を求める。ここでjは時間座標に取った測定点の番号
である。そしてこれらの比の平均値を求める。
A laser is actually applied to measure the temperature of the sample, and data as shown in FIG. 1 is obtained. The graph of temperature change is
It becomes a mountain-shaped graph with rising and falling lines. The horizontal axis represents time and the vertical axis represents temperature. After obtaining such data, the temperature increase ΔT at a small time interval Δt is calculated, and this ratio (ΔT / Δt) is obtained. The fluctuation is large at only one location, so similar calculations are performed at many points. For example, (ΔT / Δt) at 30 to 50 points both when rising and when descending
ask for j . Here, j is the number of the measurement point on the time coordinate. Then, the average value of these ratios is obtained.

【0009】 (dT/dt)↑=N-1Σj=1 N(ΔT/Δt)↑j (2)(DT / dt) ↑ = N −1 Σ j = 1 N (ΔT / Δt) ↑ j (2)

【0010】 (dT/dt)↓=H-1Σj=N+1 N+H(ΔT/Δt)↓j (3)(DT / dt) ↓ = H −1 Σ j = N + 1 N + H (ΔT / Δt) ↓ j (3)

【0011】ここでN、Hは温度上昇時と下降時の測定
点の数である。測定時刻はtj であり、その時の温度が
j である。
Here, N and H are the numbers of measurement points when the temperature rises and when the temperature falls. The measurement time is t j , and the temperature at that time is T j .

【0012】温度や時間の差はひとつ後の時刻または2
つ後の時刻の差を取る。例えば2つ後の時刻と比較する
ことにすれば、(ΔT/Δt)のΔTやΔtは、ΔT=
j+2 −Tj 、Δt=tj+2 −tj となる。このように
して多くの時刻での微分を求める。上に述べた方法は直
感的には妥当なものである。実在的なデ−タから出発
し、多くのデ−タをとりこれらの比を計算した後平均値
を計算するからである。計算の基礎になったデ−タTj
は時刻tj での温度測定値であり実測値である。この値
自体は熱電対の測定値であり正しい筈である。
The difference in temperature and time is one time later or two.
Take the difference in time after one. For example, if comparing with the time two later, ΔT and Δt of (ΔT / Δt) are ΔT =
T j + 2 −T j , Δt = t j + 2 −t j . In this way, the derivative at many times is obtained. The method described above is intuitively valid. This is because, starting from actual data, a large amount of data is taken, ratios thereof are calculated, and then an average value is calculated. Data T j that is the basis of calculation
Is the measured temperature value at time t j and is the measured value. This value itself is the measured value of the thermocouple and should be correct.

【0013】この方法は、実在的なデ−タに基づいて計
算しているので最も妥当であるはずである。直感的には
そう思われる。多くの比を計算するが、これはコンピュ
−タで行うので時間は掛からない。そしてこれらの値の
平均値を求める。上昇時にも下降時にも同様に平均をと
る。下降時の場合は微分が負であるので絶対値をとりこ
れらの値を加える。これを(1)に代入して吸収係数を
得る。これらの温度実測値デ−タから、吸収係数の算出
までをフロ−図にして図2に示す。
This method should be most reasonable because it is calculated on the basis of real data. It seems intuitively. Many ratios are calculated, but this is done in a computer and does not take much time. Then, the average value of these values is obtained. The same average is taken for both rising and falling. In the case of falling, the differential is negative, so take the absolute value and add these values. This is substituted into (1) to obtain the absorption coefficient. FIG. 2 is a flow chart showing the measured temperature data and the calculation of the absorption coefficient.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】レ−ザカロリメトリ法
により光学部品の吸収係数を測定する場合、温度微分を
求める必要がある。しかし問題になるのは微小な温度の
変化であるため、測定値がノイズの影響を受け易い。
When measuring the absorption coefficient of an optical component by the laser calorimetry method, it is necessary to find the temperature differential. However, since the problem is a minute temperature change, the measured value is easily affected by noise.

【0015】ノイズは様々な原因で発生する。レ−ザ光
が当たる部分が限定されているので、温度の上昇が一様
でない、ということがある。熱電対と部品の接触が悪い
ということもある。また試料結晶には欠陥がありこれが
熱伝導を不均一にすることがある。さらに熱電対のイン
ピーダンスが高くて電磁ノイズを拾うということもあ
る。またレ−ザ照射を中止した後、温度が下降する場合
も、試料の支持点や、周囲の風の状態などにより温度が
不均一になる。ために温度の実測値から直接に温度変化
率を求める方法では、正確な値が得られない。温度変化
率の値が正確でないので、算出される吸収係数の精度が
悪いという難点があった。
Noise is generated by various causes. The rise of the temperature may not be uniform because the part exposed to the laser light is limited. Sometimes the contact between the thermocouple and the part is poor. In addition, the sample crystal has defects, which may cause non-uniform heat conduction. Furthermore, the impedance of the thermocouple is high, and it may pick up electromagnetic noise. Further, even when the temperature drops after the laser irradiation is stopped, the temperature becomes non-uniform due to the support point of the sample, the state of the surrounding wind, and the like. Therefore, an accurate value cannot be obtained by the method of directly obtaining the rate of temperature change from the actually measured value of temperature. Since the value of the temperature change rate is not accurate, the calculated absorption coefficient is inaccurate.

【0016】つまり昇温時は時間とともに温度が一様に
上昇するはずであるが、実際にはノイズがあり、熱電対
の起電力が揺らぐことが多い。熱電対の起電力が時間と
ともに均一に上昇しない。また降温時もノイズのために
起電力の変化が一様でない。レ−ザカロリメトリ法は温
度そのものではなく、温度変化を利用するが、ノイズを
含む信号であるからこれを微分するとノイズの影響がよ
り強く出てしまう。このようなことで、温度の時間微分
の測定値が不正確であった。
That is, when the temperature is raised, the temperature should rise uniformly with time, but in reality, there is noise and the electromotive force of the thermocouple often fluctuates. The electromotive force of the thermocouple does not rise uniformly with time. Moreover, the change in electromotive force is not uniform due to noise even when the temperature is lowered. The laser calorimetry method uses not the temperature itself but the change in temperature, but since it is a signal containing noise, the influence of noise becomes stronger when it is differentiated. As a result, the measured value of the time derivative of temperature was inaccurate.

【0017】このようなノイズの影響を極力抑制し、よ
り精度の高いレ−ザカロリメトリ法による光学部品の吸
収係数の測定法を提供することが本発明の目的である。
It is an object of the present invention to provide a method of measuring the absorption coefficient of an optical component by the laser calorimetry method with higher accuracy by suppressing the influence of such noise as much as possible.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明の吸収係数測定方
法は、試料に光線を照射し、温度センサによって該試料
の温度変化を測定することにより、光線の吸収に伴う該
試料の温度変化率を求め、吸収係数を決定する吸収係数
測定方法において、測定値から平滑化スプライン関数に
より平滑化された温度変化の曲線式を求め、該曲線式よ
り、温度変化率を求めることを特徴とする。
The absorption coefficient measuring method of the present invention comprises irradiating a sample with a light beam and measuring the temperature change of the sample with a temperature sensor to obtain a temperature change rate of the sample due to absorption of the light beam. In the absorption coefficient measuring method for determining the absorption coefficient, a curve formula of the temperature change smoothed by the smoothing spline function is calculated from the measured value, and the temperature change rate is calculated from the curve formula.

【0019】[0019]

【作用】レ−ザ光を、試料に照射しさらに照射を止めた
後での試料温度の時間的変化を図1に示す。×印は、継
時的な温度変化の実測値を示す。ノイズがあるので、デ
−タがばらついている。温度上昇の際も、一定の均一な
割合で温度上昇するのではなく増加率が大きい時も小さ
い時もある。レ−ザ照射を止めて温度が下降するとき
も、一定の割合で下降するのではなくて増加率はまちま
ちである。このままのデ−タを用いて吸収係数を計算す
ると少なからず誤差が発生する。
The change in the sample temperature with time after the sample is irradiated with laser light and the irradiation is stopped is shown in FIG. The cross mark indicates the measured value of the temperature change over time. Since there is noise, the data is scattered. When the temperature rises, the temperature does not rise at a constant and uniform rate, but the rate of increase may be large or small. Even when the laser irradiation is stopped and the temperature drops, the temperature does not drop at a constant rate, but the rate of increase varies. When the absorption coefficient is calculated using the data as it is, an error is generated in no small amount.

【0020】もちろん、デ−タ自体がノイズを含むとは
いえ、多くのデ−タから温度の差と時間差を求めてこれ
の比を計算し、さらにこれらの平均値を計算するのであ
るから、ノイズの影響が少なくなるはずである。しかも
計算の基礎にしたデ−タは実測値であるという長所があ
る。しかしやはりデ−タのばらつきがおおきいので、正
確でない。本発明は、これを平滑化スプライン関数によ
り連続した曲線の式にする。実線は本発明の方法によ
り、平滑化された曲線を示す。
Of course, even though the data itself contains noise, the temperature difference and the time difference are obtained from many data, the ratio of these is calculated, and the average value of these is calculated. The influence of noise should be reduced. Moreover, there is an advantage that the data used as the basis of calculation is an actual measurement value. However, it is not accurate because of the large variation in data. The present invention makes this an equation of a continuous curve by a smoothing spline function. The solid line shows the curve smoothed by the method of the invention.

【0021】スプライン関数というのは、デ−タ点(x
i ,yi )の集合があるとき、これを連続的に滑らかに
接続する区分的多項式の関数である。これは補間のため
の関数であり、連続式は高次関数の集まりである。すべ
てのデ−タ点が尊重されて、関数はすべてのデ−タ点を
通る。デ−タ点の数をnとし、これが(x1 ,y1 )、
(x2 ,y2 )、…、(xn ,yn )であるとする。ス
プライン関数f(x)は、
The spline function is the data point (x
i , y i ) is a function of piecewise polynomials that smoothly and continuously connects them. This is a function for interpolation, and the continuous equation is a set of higher-order functions. All data points are respected and the function passes through all data points. The number of data points is n, which is (x 1 , y 1 ),
It is assumed that they are (x 2 , y 2 ), ..., (x n , y n ). The spline function f (x) is

【0022】 f(x)=pm-1 (x)+Σi=1 ni (x−xi2m-1 + (4) と表現される。+の記号は、括弧内が負の時は、0であ
り、正の時は(x−xi2m-1であるということを意味
している。この関数は、デ−タ点(xi ,yi )を通る
という条件(yi =f(xi ))と滑らかさと表す関数
である、
It is expressed as f (x) = p m-1 (x) + Σ i = 1 n c i (x−x i ) 2m-1 + (4). The + sign means that when the value in the parenthesis is negative, it is 0, and when it is positive, it is (x−x i ) 2m−1 . This function is a function expressing smoothness and the condition (y i = f (x i )) that the data point (x i , y i ) is passed.

【0023】 σ=∫{fm (x)}2 dx (5)Σ = ∫ {f m (x)} 2 dx (5)

【0024】を最小にするという条件から求められる。
f は、関数f(x)のm階微分である。JISでは括
弧が肩に入らないので括弧を省くが、m乗と混同しては
いけない。自然スプライン関数の場合、係数ci は、次
の式を満たす。
It can be obtained from the condition of minimizing
f is the m-th derivative of the function f (x). In JIS, brackets are omitted because they do not fit on the shoulder, but they should not be confused with the mth power. In the case of the natural spline function, the coefficient c i satisfies the following equation.

【0025】 Σi=1 nii r=0 (r=0,1,2,…,m−1) (6)Σ i = 1 n c i x i r = 0 (r = 0, 1, 2, ..., M−1) (6)

【0026】となる。これはスプライン関数であり、全
てのデ−タ点(xi ,yi )を尊重するものである。本
発明で用いるものはこれではなく、デ−タ点から外れて
より滑らかな連続関数でデ−タを近似するものである。
平滑化スプライン関数と呼ばれる。本発明では時間tと
温度Tがデ−タとして得られるので、これを変数xとy
に対応させる。平滑化関数をf(x)とする。これはデ
−タ点の群を最も巧く近似し、しかも最も滑らかである
関数である。当然yi ≠f(xi )であることを許す。
平滑化スプライン関数の場合は、(4)の代わりに、
[0026] This is a spline function that respects all data points (x i , y i ). What is used in the present invention is not this, but the data is approximated by a smooth continuous function that deviates from the data point.
Called the smoothing spline function. In the present invention, since the time t and the temperature T are obtained as data, they are used as variables x and y.
Correspond to. Let the smoothing function be f (x). This is the function that best approximates the group of data points and is the smoothest. Of course, we allow y i ≠ f (x i ).
In case of smoothing spline function, instead of (4),

【0027】 σ=Σi=1 ni {f(x)−yi2 +g∫{fm (x)}2 dx (7)Σ = Σ i = 1 n w i {f (x) −y i } 2 + g∫ {f m (x)} 2 dx (7)

【0028】を評価の関数とする。これが最小になるよ
うに関数のパラメ−タを決定する。wi は重みで0〜1
の定数である。これはデ−タ相互に信頼性が異なる場合
があるので、信頼性の高いデ−タには大きい重みを付け
るものである。fm (x)は既に述べたように関数f
(x)のm階微分であり、m乗ではない。σの式の前項
はwi =1とした場合の最小二乗法の評価式と同じであ
る。後項は先述のスプライン関数の評価式である。簡単
にいうと前項は近似式として最も忠実にデ−タを近似し
た場合に最小になる。後項は、滑らかな場合に小さくな
る因子である。つまり滑らかでしかも近似の高い関数を
求めているわけである。上のσの値を最小にするには、
関数f(x)として、
Let be the evaluation function. The parameter of the function is determined so that this becomes the minimum. w i is a weight from 0 to 1
Is a constant of. Since the reliability of data may differ from one another, a high weight is given to highly reliable data. f m (x) is the function f as described above.
It is the mth derivative of (x), not the mth power. The previous term of the formula of σ is the same as the evaluation formula of the least squares method when w i = 1. The latter term is the above-mentioned evaluation formula of the spline function. Simply stated, the above term becomes the minimum when the data is approximated most faithfully as an approximate expression. The latter term is a factor that becomes small in the smooth case. In other words, we are looking for a smooth and highly approximated function. To minimize the value of σ above,
As the function f (x),

【0029】 f(x)=pm-1 (x)+Σi=1 ni (x−xi2m-1 + (8)F (x) = p m-1 (x) + Σ i = 1 n c i (x−x i ) 2m-1 + (8)

【0030】とするのが良い。pm-1 (x)はm−1次
の多項式である。第2項は自然スプライン関数である。
これをスプライン関数にする理由は直ぐ後に説明する。
この自然スプライン関数は、先程説明したスプライン関
数そのものであるから、本来は補間のための関数であ
り、全てのデ−タ点(xi ,yi )を通るように決めら
れることもある。
It is preferable that p m-1 (x) is a polynomial of degree m-1. The second term is the natural spline function.
The reason for using this as a spline function will be explained shortly.
Since this natural spline function is the spline function itself described above, it is originally a function for interpolation, and may be determined so as to pass through all data points (x i , y i ).

【0031】しかし本発明で求められているものは、全
てのデ−タ点の間を補間することではなくて、デ−タ点
から離れた点を通る滑らかな近似式を求めることであ
る。デ−タ点からのはずれが多項式pm-1 (x)によっ
て表される。これがm−1次の多項式であるから、評価
のための(7)式において、pm-1 (x)は第2項には
含まれない。第2項はm階微分式の2乗の積分である
が、pm-1 (x)のm階微分は0であるからである。第
2項の最小の条件は、(8)の第2項だけで決められ
る。そうするとこれはスプライン関数であれば最小であ
ることが明らかである。それゆえ第2項がスプライン関
数になるのである。
However, what is required in the present invention is not to interpolate between all the data points, but to obtain a smooth approximate expression that passes through points distant from the data points. The deviation from the data point is represented by the polynomial p m-1 (x). Since this is a m-1 polynomial, p m-1 (x) is not included in the second term in the expression (7) for evaluation. This is because the second term is the square integral of the m- th order differential expression, and the m-th order differential of p m-1 (x) is zero. The minimum condition of the second term is determined only by the second term of (8). Then it is clear that this is the minimum if it is a spline function. Therefore, the second term becomes the spline function.

【0032】つまりばらつきのあるデ−タ点を滑らかな
連続曲線でつなぐには、デ−タ点を通る滑らかな関数つ
まりスプライン関数を主にして、これにデ−タからのず
れを与える多項式を付加すればよいのである。この多項
式は(2m−1)次のスプライン関数を評価する式に入
ってこないようにm−1次の多項式とするのである。
That is, in order to connect the data points having variations with a smooth continuous curve, a smooth function passing through the data points, that is, a spline function is mainly used, and a polynomial that gives a deviation from the data is added to this. You just have to add it. This polynomial is a polynomial of degree m-1 so that it does not enter the equation for evaluating the spline function of degree (2m-1).

【0033】 pm-1 (x)=Σi=0 m-1ii (9)P m-1 (x) = Σ i = 0 m-1 a i x i (9)

【0034】(7)のσを最小にするには、To minimize σ in (7),

【0035】 f(xj )+(−1)m g(2m−1)!cjj -1 =yj (10)[0035] f (x j) + (- 1) m g (2m-1)! c j w j -1 = y j (10)

【0036】であることが要求される。スプライン関数
を使わずにそのままデ−タ処理する方法は、f(xj
=yj とするのであるから、(10)式の左辺第2項だ
け異なってくる。実際にはこのような自然スプライン関
数は計算に不便であるので使わず、自然スプライン関数
の差分商によるNスプライン関数が用いられる。これは
Is required to be The method of processing the data as it is without using the spline function is f (x j )
Since = y j , only the second term on the left side of the equation (10) is different. Actually, such a natural spline function is not used because it is inconvenient for calculation, and an N spline function based on the difference quotient of the natural spline function is used. this is

【0037】 f(x)=pm-1 (x)+Σi=1 n-mii (x) (11)F (x) = p m-1 (x) + Σ i = 1 nm b i N i (x) (11)

【0038】 Ni (x)=Σj=i i+m(x−xj2m-1 + /Pij(xj ) (12)N i (x) = Σ j = i i + m (x−x j ) 2m−1 + / P ij (x j ) (12)

【0039】 Pij(xj )=(xj −xi )(xj −xi+1 )…(xj −xj-1 )(xj −xj+1 )…(xj −xi+m ) (13)P ij (x j ) = (x j −x i ) (x j −x i + 1 ) ... (x j −x j−1 ) (x j −x j + 1 ) ... (x j − x i + m ) (13)

【0040】で表される。f(x)は中間の領域では2
m−1次の多項式である。しかし、両端(x<x0 、x
m <x)ではm−1次の多項式である。pm-1 (x)も
m−1次の多項式である。Pij(xj )は、(xj −x
i )から(xj −xi+m )までの積の内(xj −xj
を除いたm個の差の積である。これが切断すべき関数の
分母に来る。先程の係数ck と、Nスプライン関数の係
数bi の間には、二つの式を比較して次の関係があるこ
とが分かる。
It is represented by f (x) is 2 in the middle region
It is a polynomial of degree m-1. However, at both ends (x <x 0 , x
In m <x), it is a polynomial of degree m-1. p m-1 (x) is also an m-1 polynomial. P ij (x j ) is (x j −x
(x j −x j ) of the product from ( i ) to (x j −x i + m )
It is the product of m differences excluding. This is the denominator of the function to cut. By comparing the two expressions, it can be seen that the coefficient c k and the coefficient b i of the N spline function have the following relationship.

【0041】 1≦k≦mの時 ck =Σi=1 ki /Pik(xk ) (14)When 1 ≦ k ≦ m c k = Σ i = 1 k b i / P ik (x k ) (14)

【0042】 m+1≦k≦n−m ck =Σi=k-m ki /Pik(xk ) (15)M + 1 ≦ k ≦ n−m c k = Σ i = km k b i / P ik (x k ) (15)

【0043】 n−m+1≦k≦n ck =Σi=k-m n-mi /Pik(xk ) (16) これを用いると、前記の条件式は、N−m + 1 ≦ k ≦ n c k = Σ i = km nm b i / P ik (x k ) (16) With this, the above conditional expression is

【0044】 pm-1 (xj )+Σi=1 n-kii (xj )=yj j=1,2…,n (17)P m-1 (x j ) + Σ i = 1 nk b i N i (x j ) = y j j = 1, 2, ..., N (17)

【0045】となる。これを解いて、係数bi 、ak
を得るので、前記のスプライン関数の係数が決まる。ス
プライン関数は前記の(4)の前項つまりノルムの平方
の和を最少にする。これはσの値を最少にするというこ
とである。従って、これはデ−タ値を近似できてしかも
最も滑らかな関数であるということである。
It becomes By solving this, the coefficients b i , a k, etc. are obtained, so that the coefficients of the spline function are determined. The spline function minimizes the sum of the squares of the previous term, ie, norm (4). This means minimizing the value of σ. Therefore, this is the smoothest function that can approximate the data value.

【0046】本発明はデ−タを近似できしかも滑らかな
関数を用いて、試料の温度変化を表している。この近似
関数を微分して、吸収係数を求めようとしている。従来
の方法はデ−タ値の差を時間の差で割って微分を求めて
いただけである。これはデ−タ値には忠実であるが、デ
−タはノイズを含み真の値とは異なる。実際には温度変
化はより滑らかに起こるはずである。従ってデ−タを滑
らかに近似できる本発明の式の方がより真の値に近いと
いうことが出来る。
The present invention expresses the temperature change of the sample by using a smooth function which can approximate the data. The approximation function is differentiated to obtain the absorption coefficient. The conventional method merely divides the difference in data value by the difference in time to obtain the derivative. This is true to the data value, but the data is noisy and differs from the true value. In reality, the temperature change should occur more smoothly. Therefore, it can be said that the formula of the present invention that can smoothly approximate the data is closer to the true value.

【0047】またデ−タ値を時間差で割った微分はばら
つきが大きいが、本発明の手法による微分は滑らかな連
続関数の微分であるのでばらつきも小さくなる。標準偏
差が小さいということでその卓説性が分かる。
Further, the differential obtained by dividing the data value by the time difference has a large variation, but the differential according to the method of the present invention is a differential of a smooth continuous function, so the variation becomes small. The fact that the standard deviation is small shows its excellence.

【0048】[0048]

【実施例】ZnSe円形平板試料の吸収係数の測定に本
発明を用いた。ZnSe試料に炭酸ガスレ−ザの光を当
て温度上昇下降の速度を計ることによりレンズの吸収係
数を測定した。従来方法と本発明の方法を用いて、同一
試料の吸収係数を43回測定し、その測定値の標準偏差
を算出した。結果を表1に示す。
EXAMPLES The present invention was used to measure the absorption coefficient of ZnSe circular flat plate samples. The absorption coefficient of the lens was measured by irradiating the ZnSe sample with light from a carbon dioxide gas laser and measuring the rate of temperature rise and fall. The absorption coefficient of the same sample was measured 43 times using the conventional method and the method of the present invention, and the standard deviation of the measured values was calculated. The results are shown in Table 1.

【0049】[0049]

【表1】 [Table 1]

【0050】平滑化スプライン関数を用いる本発明の方
が標準偏差が約3分の1になっている。本発明の方法を
用いることにより測定精度が向上するということが分か
る。
The present invention using the smoothed spline function has a standard deviation of about one third. It can be seen that the measurement accuracy is improved by using the method of the present invention.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
温度測定値のデ−タをそのまま用いず平滑化スプライン
関数により平滑化しこれから温度の時間微分を求めるか
ら、微小な温度変化を精度良く求めることができる。Y
AG、CO、CO2 レ−ザなどの赤外レ−ザを初め、種
々の波長(可視光、紫外光)の大出力レ−ザやそれらを
用いたレ−ザ加工機、レ−ザシステム等に使用される光
学部品の吸収係数測定に利用すると極めて効果的であ
る。
As described above, according to the present invention,
Since the data of the temperature measurement value is not used as it is and is smoothed by the smoothing spline function and the time derivative of the temperature is obtained from this, a minute temperature change can be obtained accurately. Y
Infrared lasers such as AG, CO, and CO 2 lasers, as well as high-power lasers of various wavelengths (visible light, ultraviolet light) and laser processing machines and laser systems using them. It is extremely effective when used for measuring the absorption coefficient of an optical component used for, for example.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】レ−ザ光を試料に照射したときの試料温度の時
間変化を熱電対で測定した結果を示すグラフ。横軸は時
間で縦軸は温度である。×印は実測値を示す。実線は平
滑化スプライン関数で平滑化したもの。
FIG. 1 is a graph showing a result of measuring a time change of a sample temperature with a thermocouple when the sample is irradiated with laser light. The horizontal axis represents time and the vertical axis represents temperature. The x mark indicates the measured value. The solid line is smoothed by the smoothing spline function.

【図2】温度の実測値デ−タから、吸収係数の算出まで
のフロ−図。左側が温度実測値から時間微分を求める従
来法。右側が実測値デ−タを平滑化スプライン関数で平
滑化し、これを微分して温度の微分を求める本発明の方
法。
FIG. 2 is a flow chart from measurement data of temperature to calculation of absorption coefficient. The left side is the conventional method that calculates the time derivative from the measured temperature value. The right side is the method of the present invention in which the measured value data is smoothed by a smoothing spline function and differentiated to obtain the temperature differential.

【図3】吸収係数測定装置の概略図。FIG. 3 is a schematic view of an absorption coefficient measuring device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レ−ザ光 2 多点デ−タ取得装置 3 パソコン 4 試料 1 Laser light 2 Multi-point data acquisition device 3 Personal computer 4 Sample

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料に光線を照射し、温度センサによっ
て該試料の温度変化を測定することにより、光線の吸収
に伴う該試料の温度変化率を求め、吸収係数を決定する
吸収係数測定方法において、試料温度の上昇下降の測定
値から平滑化スプライン関数により平滑化された曲線式
を求め、該曲線式を微分することにより温度変化率を求
め、これから吸収係数を計算することを特徴とする吸収
係数測定方法。
1. An absorption coefficient measuring method for determining an absorption coefficient by irradiating a sample with a light beam and measuring a temperature change of the sample with a temperature sensor to obtain a temperature change rate of the sample accompanying absorption of the light beam. , A curve equation smoothed by a smoothing spline function is obtained from the measured values of rise and fall of the sample temperature, the temperature change rate is obtained by differentiating the curve equation, and the absorption coefficient is calculated from this. Coefficient measurement method.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008058019A (en) * 2006-08-29 2008-03-13 Sii Nanotechnology Inc Thermal analyzer
CN109791088A (en) * 2016-12-15 2019-05-21 欧姆龙株式会社 Check device, inspection method and program

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