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Messgeräte Laserleistung und -energie

Photodioden Sensoren – Wer die Wahl hat …

Sensoren, die auf Photodioden basieren, werden klassischerweise für Lichtquellen mit geringen Leistungen – meist im Bereich von mW – verwendet und sind auf bestimmte Wellenlängenbereiche beschränkt. Die Vorteile dieser Messtechnologie im Vergleich zu thermischen Sensoren liegen darin, dass sie sehr schnell messen und selbst sehr geringe Leistungen oder thermisches Rauschen erfassen.

In unserem Ophir Katalog definieren wir drei unterschiedliche Kategorien für Photodioden:

  • Standard Photodioden
  • Ulbrichtkugeln
  • Spezielle Photodioden

Zur Kategorie der Standard Photodioden zählen alle Sensoren ein, die zur Leistungsmessung bei Strahlen mit kleinem Durchmesser und geringer Divergenz genutzt werden. Der Leistungsbereich liegt zwischen 300 fW bis 3 W und die Wellenlänge bei 193 bis 1800 nm. Bei den Ulbrichtkugeln finden sich alle Sensoren, die nach dem Messprinzip der Totalreflektion in einer geschlossenen Kugel funktionieren. Sie sind in der Lage, auch stark divergente Strahlen mit Leistungen größer als 3 W (bis zu 30W) sowie Strahlen mit größeren Strahldurchmessern zu messen. Ein weitere Vorteil der Ulbrichtkugeln besteht darin, dass mehrere Messungen gleichzeitig vorgenommen werden können. Mehr dazu erfahren Sie in den in einem späteren Abschnitt. Im Bereich der Speziellen Photodioden finden Sie Produkte, die für spezifische Anwendungen entwickelt wurden, die mit herkömmlichen Photodioden oder Ulbrichtkugeln nicht abgedeckt werden. Darunter fallen beispielsweise Sensoren für Mikroskop-Aufbauten, zur Messung von Barcode-Lasern, Photodioden mit spektral flachem Ansprechverhalten für breitbandigen Quellen oder für Laser zur Augenreaktionsvermessungen [ED1] und mehr.

Zusätzlich zu wissen ist, dass es auch Photodioden gibt, die für die Messung der Laserenergie und der Bestrahlungsstärke genutzt werden. Diese werden jedoch an anderer Stelle erörtert.

Standard Photodioden zur Leistungsmessung

Wie schon zuvor beschrieben, umfasst die Kategorie die Zugpferde der klassischen Laserleistungsmessungen mit Photodioden. Wenn es darum geht, einen Lichtquelle mit geringer Divergenz (<15 Grad) mit einer Leistung zwischen 300 fW und 3 W zu messen, finden Sie hier einen passenden Sensor. Die Auswahlkriterien basierend auf Ihrer Anwendung sind die folgenden:

  1. Strahlgröße
  2. Wellenlänge
  3. Leistungsbereich
  4. Leistungsdichte
  5. Energiedichte (für gepulste Laser)
  6. Pulsbreite (für gepulste Laser)
  7. Wiederholrate (für gepulste Laser)
  8. Größenbeschränkungen (zur Wahl stehen rechteckige oder runde bzw. Sensoren mit dünnem Profil)

Diese Anwendungs-Parameter gelten grundsätzlich auch für Ulbrichtkugeln, mittels des Ophir Sensor Finders lassen sich Ulbrichtkugeln ermitteln, die sich für die vorgegebenen Parameter eignen. Nach einer initialen Suche mit dem Sensor Finder filtert man in einem zweiten Schritt die vorgeschlagenen Ulbrichtkugeln nochmals. Hier werden die folgenden Parameter berücksichtigt:

  1. Divergenz der Lichtquelle: Die Ulbrichtkugeln teilen sich in zwei Familien. Die einen sind für kollimierte Strahlen gedacht, die anderen für divergente Strahlen. Erkennbar wird dies im Produktnamen an einem „C“ für „Collimated“ (<15 Grad) oder „D“ für divergente Strahlen. Beachten Sie dabei, dass sich unterschiedliche Bauformen der Ulbrichtkugeln für unterschiedliche Divergenzwínkel eignen-
  2. Weiteres Messzubehör, das erforderlich ist, um spektrale Parameter, Pulsbreite oder Wiederholrate gemessen werden sollen.
  3. Größenbeschränkungen

Sobald Sie diese Schritte durchlaufen haben, sollten Sie die entsprechende Teilenummer Ihrer passenden Ulbrichtkugel sowie der zusätzlichen Accessoires ermittelt haben.

Spezielle Photodioden

In dieser Kategorie befinden sich aktuell vier Arten der Sensoren:

  1. Breitbandige Sensoren: Bei deren Entwicklungen ging es vorrangig um das Erzielen einer flachen spektralen Empfindlichkeit über einen großen Wellenlängenbereich hinweg. Nützlich ist das bei Anwendungen wie der Messung von LEDs oder von Systemen mit vielen gleichzeitig einfallenden Laserwellenlängen.
  2. Mikroskop Objektträger-Sensoren: Diese Sensoren haben die gleichen Abmessungen wie der Objektträger selbst und werden vor allem genutzt, um fluoreszierende Quellen auf der Fokusebene eines leistungsfähigen Fluoreszenzmikroskops zu messen (selbst in einer Öl/Wasser Emulsion). Da die Empfindlichkeit des Sensors nur eine geringe Winkelabhängigkeit aufweist, kann er auch zur Messung kleiner divergenter Quellen wie der Ausgangsleistung bei Optischen Fasern verwendet werden.
  3. CIE Sensoren: Die Empfindlichkeitskurve dieser Sensoren ist ähnlich zu dem des menschlichen Auges und sie werden genutzt, um Licht in der Einheit Lux zu messen. Die Anwendungen dafür liegen im Bereich der Augensicherheit.
  4. Lasersensoren für Scanner: Diese Sensoren erfassen die Leistung eines sich bewegenden Strahls, der nur sehr kurz auf den Sensor trifft (bis hinunter auf 13 µs).  Ein klassisches Anwendungsbeispiel sind hier Barcode-Scanner.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Wenn ein Photodioden-Sensor zur Leistungsmessung eingesetzt werden soll, lohnt es zunächst zu prüfen, unter welche Kategorie der erforderliche Sensor fallen wird, um dann die oben beschriebenen Schritte zu durchlaufen. Sie erhalten damit eine gute Empfehlung, welcher Sensor für Ihre Anwendung geeignet sein sollte. Schnell und einfach können Sie dieses Ergebnis verifizieren, in dem Sie den für Ihr Gebiet zuständigen Vertriebs-Ingenieur um eine Beurteilung oder bei Bedarf um eine Produktvorführung bitten.

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