Gigahertz-Optik：激光功率测量

文章出处：新闻动态责任编辑：百世精工科技发表时间：2023-09-14 09:25:10

激光功率测量

如今，激光器广泛应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)、医学和质谱等等。

激光功率测量

对于许多此类应用，必须测量所用激光器的功率（峰值功率、平均功率、脉冲形状）或能量以及稳定性，以便根据人工光辐射指令等安全标准来控制安全等2006/25/EC 或根据 EN 60825-1 分类的激光分类。对于此类测量，可以使用基于光电二极管的传感器和电子读出设备（光度计）的组合。

光电二极管将传入的激光辐射转换为电流，并由验光计读出。借助辐射校准（例如，通过 ISO 17025 认可的 Gigahertz-Optik 校准实验室），验光计将显示所需波长下的最终光功率（以 W 为单位）。

这种完善的测量概念适用于CW 源和脉冲源。对于脉冲源，通常测量平均功率。因此，积分时间和脉冲频率必须匹配。

有时还需要脉冲形状，请参阅应用程序 022，涵盖激光脉冲形状测量或用于激光功率和激光波形测量的双探测器球体。验光计还可以考虑测量时间，并随时间积分激光功率，直接显示最终的能量/激光剂量（以 J 为单位）。

可测量的最小和最大功率由所使用的检测器和验光计的组合决定。由于我们的多增益范围跨阻放大器，我们的产品通常覆盖从几 nW 到 kW 的非常大的功率范围

脉冲能量测量/剂量测量

借助验光计经典激光功率计 P-9710及其后继产品现代触摸屏激光功率计 P-21，Gigahertz-Optik 还提供了精确的验光计来测量传入的脉冲能量。该测量使用所谓的脉冲展宽法的原理。

来自光电二极管的任何输入信号都会在时间上被拉伸，以适应验光计内置跨阻放大器的上升时间。

在此拉伸过程中，能量保持恒定（区域 A1 = A2），但区域 A2 可以进行更高的采样，从而与区域 A1 相比，可以实现更精确的测量。最终结果显示测量过程中探测器上的激光能量（以 J 为单位）。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个脉冲的能力。对于单脉冲，提供了触发可能性。

探测器设置

对于激光功率测量应用，广泛使用两种不同类型的探测器。

光电二极管，无需其他配件：

此设置是最基本的设置。它由金属外壳内的有线光电二极管组成，连接到验光计。由于光电二极管的高线性度，该设置可以精确读取低功率和中功率激光。

探测器

由于二极管只能测量照射到其有源区域的光辐射或光，因此二极管上的激光光斑必须小于光电二极管有源区域的尺寸，以便准确测量其总功率。这在一定程度上限制了激光光斑直径（通常为几毫米）。此外，最大功率还受到光电二极管的响应度、线性度（饱和度）和验光计的最大输入电流（典型最大值在几毫瓦范围内）的限制。当然，光密度滤光片（ND滤光片）可以在一定程度上使用。

纯光电二极管探测器可用于 CW、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：激光光斑尺寸有限，最大功率有限。

基于积分球的检测器

该探测器概念是通过在具有高反射内涂层的空心球（即所谓的积分球）上添加光电二极管而构建的。然后，该设置在我们的 ISO 17025 校准实验室中进行校准。为了准确测量光功率，所有光辐射必须通过积分球的入口耦合到积分球中。

积分球探测器

对于这个概念/测量设置，灵活性要大得多，因为我们可以提供的球体直径范围为 8 mm 到 1 m。因此，可以相应地设计测量端口（积分球入口端口），并且如果需要，可以测量大激光束直径或高度发散的光束。通过光密度滤光片和球体直径（较大球体的衰减）的组合，可以更轻松地调整光功率水平。此外，可以通过在一个积分球中使用多个光电二极管来扩展动态范围，以适应不同的光功率范围。总的来说，这种方法仍然可以正确测量超过 100W 的最大激光功率。

然而，当测量短脉冲（纳秒范围）时，由于多次反射导致光在球内的传播时间，较大的积分球会导致脉冲展宽。因此，对于脉冲形状分析，只能使用小球体，或者需要将球体直径调整到预期的脉冲长度。双探测器设置也可以满足特定需求。在这里，我们可以根据激光参数提供支持和经验，并为您的应用提供最佳解决方案。例如，我们的 16 mm ISD-1.6-SP 创新双传感器积分球用于激光雷达表征。

Gigahertz-Optik 提供标准球体系统以及高度灵活的定制设置。这导致各种几何形状以及二极管组合成为可能。请参阅我们针对单个激光功率计/球系统的模块化积分球概念，了解更多详细信息。

• 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 ns 范围内的脉冲形状测量相关）、尺寸较大。

校准

对于任何类型的辐射激光功率测量，校准对于最终结果的精度都起着关键作用。换句话说，值得信赖的低校准不确定度非常重要。在这方面，我们提供经 DAkkS ISO 17025 认可的校准和测试实验室认证的激光功率校准。这意味着流程中应用了 ISO 17025 的最高标准，以确保我们校准的可靠性和可追溯性。所有校准均可直接追溯到 PTB、德国 NMI 或类似的 NMI。我们的校准实验室涵盖 200 nm – 2500 nm 的波长范围。