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激光功率测量/Laser Power Measurement

App. 042

激光功率测量

今天,激光被广泛用于许多不同的应用。光通信、激光打印、材料加工、距离测量(LiDAR)、医学和质谱分析,仅举几例。

对于许多这样的应用,必须测量所使用的激光的功率(峰值功率、平均功率、脉冲形状)或能量以及稳定性,以便根据安全标准(如人工光学辐射指令2006/25/EC)或根据EN 60825-1的激光分类来控制安全。 对于这种测量,可以使用基于光电二极管的传感器和电子读出装置(Optometer)的组合。

光电二极管将传入的激光辐射转换为电流,由光学计读出。在辐射校准的帮助下(例如,由Gigahertz-Optik的ISO 17025认可的校准实验室),光学计将显示所需波长下的光功率(单位:W)。

这种成熟的测量概念适用于连续光源和脉冲光源。对于脉冲光源,通常测量的是平均功率。因此,积分时间和脉冲频率必须匹配。

有时还需要测量脉冲形状,见应用022或ISD-1.6-SP-Vxx。光度计也可以考虑到测量时间,并将激光功率随时间进行积分,直接显示所产生的能量/激光剂量(单位:J)。

可以测量的最小和最大功率由所使用的探测器和验光仪的组合决定。由于我们的多增益范围的跨阻抗放大器,我们的产品通常涵盖了从几个nW到kW的很大的功率范围。

脉冲能量测量/剂量测量

通过光学计P-9710及其后续产品P-21,Gigahertz-Optik还提供了一种精确的光学计来测量进入的脉冲能量。这种测量是利用所谓的脉冲拉伸法的原理。

来自光电二极管的任何传入信号在时间上被拉长,以适应光学计内置的跨阻抗放大器的上升时间。

在这个拉伸过程中,能量保持不变(面积A1=A2),但面积A2的采样率可以高得多,与面积A1相比,其测量结果更加精确。最终结果显示了测量过程中探测器上的激光能量(单位:J)。这提供了精确测量脉冲链的脉冲能量以及低至纳秒范围的单一脉冲的能力。对于单个脉冲,还可以提供触发的可能性。

检测器设置

在激光功率测量应用中,两种不同类型的探测器被广泛使用。

光电二极管,无其他附件。

这种设置是最基本的。它由一个金属外壳内的有线光电二极管组成,与一个光度计相连。由于光电二极管的高线性度,这种装置可以精确地读取低、中功率的激光器。

由于二极管只能测量照射在其有源区的光辐射或光,所以二极管上的激光光斑必须比光电二极管有源区的尺寸小,以便准确测量其总功率。这在一定程度上限制了激光点的直径(通常为几毫米)。此外,最大功率受光电二极管的响应性、线性度(饱和度)和光度计的最大输入电流(典型的最大值在几毫瓦之间)的限制。当然,光密度过滤器(ND过滤器)可以在一定程度上使用。

纯光电二极管探测器可用于连续波、脉冲能量以及脉冲形状分析(必须考虑二极管的上升时间)。

  • 优点。灵敏度非常高,响应时间快
  • 缺点:激光光斑大小有限,最大功率有限

基于球体的集成检测器。

这种检测器的概念是通过在一个具有高反射率内涂层的空心球体,即所谓的积分球上添加一个光电二极管来实现的。然后在我们的ISO 17025校准实验室对这一装置进行校准。为了准确测量光功率,所有的光辐射都必须通过积分球的入口端口耦合到积分球中。

对于这个概念/测量装置,灵活性要大得多,因为我们可以提供的球体直径范围从8毫米到1米。因此,可以相应地设计测量端口(积分球入口端口),如果需要,可以测量大的激光束直径或高发散光束。通过光密度过滤器和球体直径的组合,可以更容易地调整光功率水平(较大球体的衰减)。此外,通过在一个积分球中使用多个光电二极管,可以扩展动态范围,用于不同的光功率范围。总的来说,这种方法允许超过100W的最大激光功率仍然可以被正确测量。

然而,当测量短脉冲(ns范围)时,较大的积分球会导致脉冲拉伸,因为光在球内的传播时间会导致多次反射。因此,对于脉冲形状分析,只能使用小球体,或者球体直径需要调整到预期的脉冲长度。同时,双检测器的设置也可以解决具体的需求。在这里,我们可以根据激光参数提供我们的支持和经验,并为您的应用提供最佳解决方案。例如,请看我们的16毫米ISD-1.6-SP创新的双传感器积分球,它被用于激光雷达的激光特性分析。

Gigahertz-Optik提供标准的球体系统,以及高度灵活的定制设置。这导致了各种几何形状以及二极管组合的可能性。请参阅我们的Modular Integrating Sphere Concept了解更多细节。

  • 优点。高灵敏度、灵活性、可能的大功率范围、多探测器解决方案
  • 缺点:脉冲信号的拉伸(仅与纳秒范围内的脉冲形状测量有关),尺寸较大

校准

对于任何类型的辐射激光功率测量,校准对最终结果的精度起着关键作用。换句话说,你可以信任的低校准不确定度是很重要的。在这方面,我们提供由我们的DAkkS ISO 17025认证的校准和测试实验室进行的校准。这意味着根据ISO 17025的最高标准被应用到流程中,以确保我们校准的可靠性和可追溯性。所有的校准都可以直接追溯到PTB、德国NMI或类似的NMI。我们的校准实验室涵盖的波长范围为200纳米-2500纳米。

产品

在这里你可以得到我们产品的第一个概述激光辐射的辐射计。另外,我们的辐射测量的光谱辐射仪可以与积分球结合,用于光谱激光功率测量。请与我们联系以获取更多信息。