Raus aus der Zwickmühle – Wie Sie mit Hilfe eines RM9 Radiometer Systems niedrige Leistungen bei einem IR Laser vermessen

Um die Leistung von Laserstrahlen zu messen, sind heute grundsätzlich zwei Technologien weit verbreitet:

  • Sensoren mit einer Fotodiode werden genutzt, um geringe Leistungen (typischerweise von pW bis zu einigen Hundert mW) zu messen,
  • thermische Sensoren setzt man bei höheren Leistungen ein; die empfindlichsten thermischen Sensoren erfassen Leistungen ab einigen Microwatt bis hin zu 100 kW und mehr.

Aber wie kann man Laserstrahlen mit sehr geringer Leistung messen, die sich im Bereich von Nanowatt bewegen und deren Wellenlängen gleichzeitig im mittleren oder fernen Infrarotspektrum liegen? Diese Anforderungen bringen den Anwender in eine Zwickmühle:

  • Die geringe Leistung würde eigentlich einen Sensor mit Fotodiode erfordern, doch diese arbeiten nur in einem begrenzten Spektralbereich. Silizium arbeitet bis etwa 1100 nm, während Germanium oder InGaAs den Bereich bis etwa 1700 oder 1800 nm abdecken. Spezielle Fotodioden aus exotischen Materialien zu verwenden, erweist sich in der Regel ebenfalls als nicht praktikabel.
  • Thermische Sensoren mit Breitband-Absorbern können zwar das Bandbreitenproblem lösen, doch selbst die sensibelsten Modelle können keine Leistungen messen, die im unteren nW-Bereich liegen. Ophirs empfindlichster thermischer Sensor, der 3A, misst noch Leistung bis 10 μW – beeindruckend für einen thermischen Sensor, aber auch keine Lösung im vorliegenden Beispiel.

Daraus ergibt sich dann eine Lücke, die man in folgender Grafik deutlich erkennt:

 

Measuring Very Low Power IR Lasers with the RM9 Radiometer System

Um diese Lücke zu schließen, entwickelte Ophir den RM9 Radiometer. Dieser Sensor misst die Leistung von CW- oder quasi CW-Lasern, die auf sehr geringem Niveau arbeiten, über einen breiten Spektralbereich von UV bis hin zu fernem IR.

Der Sensor nutzt dazu einen pyroelektrischen Detektor, der die benötigte spektrale Bandbreite abdeckt. Eine Kombination aus zwei wesentlichen Komponenten ermöglicht diese hohe Empfindlichkeit: ein Pulsformer und ein sogenannter „Lock-in“-Verstärker. Die beiden Komponenten arbeiten nach dem folgenden Prinzip:

Der Pulsformer arbeitet mit einer spezifischen Rate von 18 Hz und wandelt den Laserstrahl damit in einen gepulsten Strahl. Der pyroelektrische Detektor erfasst den Strahl und blendet mit Hilfe des „Lock-In“-Verstärkers alle Signale aus, die nicht mit 18 Hz pulsieren. Dieses Vorgehen hält den Störpegel sehr niedrig, und basierend darauf kann der RM9 Leistungen hinab bis 100 nW messen.

 

Hier sehen Sie einen RM9 Radiometer, der an ein VEGA-Anzeigegerät angeschlossen ist:

Measuring Very Low Power IR Lasers with the RM9 Radiometer System

Der Messaufbau funktioniert denkbar einfach: Ein BNC-Kabel wird vom Pulsformer an das Elektronikmodul des Sensors angeschlossen und von dort an ein passendes Messgerät von Ophir, wie beispielsweise das VEGA. Die Messparameter wie z.B. Messbereich, Wellenlänge usw. werden, wie bei jedem klassischen Ophir Sensor, im VEGA eingerichtet.
 
Das aktuelle Modell misst Leistung in den Bereichen von 100 nW bis 100 mW und eignet sich für einen Spektralbereich von 0,15 μm bis 12 μm.
 
Weitere Informationen sowie alle technische Spezifikationen zu dem RM9 Radiometer finden Sie auf unserer Webseite.