Gewusst wie – Ihr thermischer Sensor als Allroundtalent

Gepulste Quellen oder LED effizient und kostengünstig messen

Thermische Sensoren messen Wärme. Aber bei welchen Wellenlängen arbeitet ein thermischer Sensor? Ophir bietet Sensoren zur Messung von Wellenlängen zwischen 150nm und 30μm. Die Sensoren nutzen dazu verschiedene Beschichtungen, um die Wärme des Lasers zu absorbieren. Jede Beschichtung hat eine eigene Absorptions-/Wellenlängenkurve, das bedeutet, jede Beschichtung verfügt über einen eigenen Bereich kalibrierter Wellenlängen. Sie können Ihren thermischen Sensor für unterschiedliche Messungen verschiedener Arten von Laser- und Lichtquellen verwenden. Hier erfahren Sie mehr dazu:

Wie verwendet man einen thermischen Sensor, um gepulste Strahlen zu messen?

Wenn Sie Pulsenergie messen möchten, ist es wichtig, die physikalische Antwortzeit des Sensors zu berücksichtigen, die im Bereich einiger Sekunden liegt. Sobald mehrere Pulse in wenigen Sekunden auf den Sensor treffen, wird er diese nicht als einzelne Pulse erkennen. Thermische Sensoren können aber sehr wohl die Energie eines „Einzelschuss“-Pulses messen.

 

Es gibt dazu einige Kniffe, die angewendet werden können:

 

Nehmen wir als Beispiel einen 50 Hz gepulsten Laserstrahl mit einer Energie von 1μJ pro Puls. Ein thermischer Sensor wird diese einzelnen Pulse nicht erkennen, sondern wird von Sensor wie ein Dauerstrich-Strahl angezeigt. Wenn man den Laserstrahl allerdings nur für eine Sekunde aktiviert, nimmt der Sensor dies als einen langen Puls mit einer Energie von (50 x 1uJ =) 50μJ wahr, den er entsprechend misst.


Abb. 1: Der 3A-P ist ein hochsensitiver thermischer Sensor zur Messung von Leistung und -energie von Lasern oder LED-Quellen

 

Auf diesem Weg kann selbst der Laser mit nur 1μJ – also weniger als die minimal messbare Energie des sehr sensitiven 3A Sensors – die Gesamtenergie der Pulsfolge problemlos messen.

 

Und die durchschnittliche Leistung? Ein Millijoule pro Sekunde ist ein Milliwatt. Legt man dies im Beispiel unseres 3A-Sensors zugrunden, liegt die minimal messbare Leistung bei 10μW, es sollte als kein Problem bestehen, 1mW zu messen. Richtig? Leider nicht ganz. Thermische Sensoren haben ein physikalische Reaktionszeit einiger Sekunden, so dass – auch wenn alle Messungen deutlich über dem Rauschlevel erfolgen und die Ophir Sensoren zusätzlich über einen „Beschleunigungs“-Algorithmus verfügen, der die Ergebnisse schon vor Ablauf der physischen Antwortzeit liefert – die Leistung nur gemessen werden kann, wenn der Laser zumindest für einige Sekunden angeschaltet war. Besteht diese Möglichkeit nicht, lässt sich nur die Energie wie oben beschrieben messen (mit Einzelschüssen von 1 oder 2 Sekunden Dauer) und daraus durch dividieren der gemessenen Energie durch die Einschaltzeit des Lasers ermittelt werden.

Wie nutzt man einen thermischen Sensor zur Messung von LED-Leistungen?

In einigen LED-Messapplikationen genügt die Messung der Gesamtleistung. In diesen Fällen kann ein thermischer Sensor genutzt werden, sofern der Leistungsbereich abgedeckt und die Strahlgeometrie dazu geeignet ist – der gesamte Strahl muss durch die Sensorapertur erfasst werden können – anderenfalls müsste man auf einen Sensor basierend auf einer Ulbrichtkugel zurückgreifen. Sind diese Voraussetzungen erfüllt, bieten die thermischen Sensoren bei der Leistungsmessung von LEDs gegenüber anderen Messmethoden zahlreiche Vorteile:

  • gleichförmiges spektrales Ansprechverhalten
  • unempfindlich gegenüber dem Einfallswinkel
  • hohe Zerstörschwelle
  • günstigere Preise
  • höhere Genauigkeit

… und natürlich die einfache Anwendung. Einen thermischen Sensor für die LED-Messung zu nutzen, ist denkbar einfach: Der LED-Lichtstrahl muss einfach nur auf den Sensor gerichtet werden und die Leistung wird auf dem Display angezeigt.

 

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