Kalibrierwellenlänge

Kalibriermethode und geschätzte Genauigkeit für Hochleistungssensoren von Ophir

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Ophir-Modelle 5000W, 10K-W und Comet 10K sind mit relativ leistungsschwachen Lasern ~ 150 - 300 W kalibriert worden. Der Einsatz solch leistungsschwacher Laser zur Kalibrierung des Instruments im Gegensatz zur hohen Leistung, bei der die Sensoren verwendet werden, wirft die Frage nach der Kalibriergenauigkeit auf. Die folgende Erläuterung zeigt klar und deutlich, dass die Modelle 5000W, 10K-W und Comet 10K bis auf ±5% über ihrem Messbereich genau sind. Die Sensoren 5000W und 10K-W arbeiten nach dem Thermosäulenprinzip, in welchem der radiale Wärmestrom in der Absorptionsscheibe einen Temperaturunterschied zwischen dem Kontaktpunkt und dem offenen Ende der Thermosäule hervorruft. Dies wiederum verursacht einen Spannungsunterschied in der Thermosäule. Da es sich bei dem Instrument um ein in der Thermosäule Spannung erzeugendes Gerät handelt, muss es bei den niedrigen Abgabewerten linear sein. Wenn es sich also bei Leistungsstärken, die einen bedeutenden Bruchteil der Höchstleistung darstellen, als linear erweist, ist es zwangsläufig bei sehr geringen Leistungsstärken linear. Und wenn die Kalibrierung bei geringen Leistungsstärken richtig ist, ist sie bei hohen Leistungsstärken ebenso richtig. Auf der anderen Seite kann es, selbst wenn die Abgabe bei geringen Leistungsstärken linear ist, aufgrund der der relativ geringen Abgabe bei geringen Leistungsstärken zu einer Nullpunktverschiebung kommen, die einen Fehler in der Kalibrierung verursacht.

 

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Wenn die Kalibrierung beispielsweise bei 200 W durchgeführt wird, die Sensorabgabe 10 μV/W beträgt (ein üblicher Wert) und es eine Nullpunktverschiebung von lediglich 1 μV gibt, kann dies zu einem Kalibrierungsfehler von 10% führen. Die Kalibriermethode von Ophir misst immer den Unterschied zwischen der Ablesung bei angelegter und nicht angelegter Leistung, wodurch aufgrund der Nullpunktverschiebung Fehler beseitigt werden. Diese Messung wird mehrfach durchgeführt, um Genauigkeit sicherzustellen. Die oben genannte Messmethode gewährleistet, dass die Kalibrierungenauigkeit aufgrund von Messfehlern weniger als 1% beträgt. Dies ist mit den erwarteten Fehlern in unseren Sensoren mit geringerer Leistungsstärke vergleichbar. Um dies zu verifizieren, wurden die Sensormodelle L1500W, 5000W, 8000W und 10K-W von mehreren Standardlabors gemessen. Diese Messungen haben gezeigt, dass sich Ophir-Sensoren innerhalb der geforderten Linearitätsgrenzen befinden. Die Serie Comet 10K misst den Wärmeanstieg der Absorptionsscheibe, wenn diese 10 sek. lang vom Laser bestrahlt wird. Zur Kalibrierung des Comet 10K bestrahlen wir diesen einfach länger mit einem leistungsschwächeren Laser, z.B. 60 Sek. lang bei 150 W. Somit ist die Wärmewirkung ähnlich der eines Hochleistungslasers. Tests des mit dieser Methoden kalibrierten Comet gegenüber NIST-gemäßen Hochleistungssensoren haben gezeigt, dass sie genau und reproduzierbar ist.
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Kalibrierung und Genauigkeit

Die Empfindlichkeit verschiedener Fotodiodensensoren unterscheidet sich von Sensor zu Sensor sowie nach der Wellenlänge. Deshalb wird jeder PD300-Sensor individuell gegen einen NIST-Standard, der in Intervallen von mehreren nm über den gesamten Spektralbereich kalibriert wurde, kalibriert. Die Kalibrierung erfolgt im gesamten Spektralbereich gegen den NIST-Standard mit einem computergesteuerten Monochromator. Da die Instrumente gegen NIST-Standards kalibriert werden, beträgt die Genauigkeit im Allgemeinen ±3% über dem Wellenlängenbereich, in dem die Kalibrierung vorgenommen wurde. Die Linearität des Fotodiodendetektors ist extrem hoch und Fehler aufgrund dieses Faktors können solange ignoriert werden wie die Sättigungsintensität nicht erreicht wird.
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