Измеритель оптической мощности с лазерным излучением

Измерители мощности лазерного излучения

Рубрика: Физика

Дата публикации: 31.03.2020 2020-03-31

Статья просмотрена: 229 раз

Библиографическое описание:

Поезжалов, В. М. Измерители мощности лазерного излучения / В. М. Поезжалов, Д. Н. Агеев. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 14 (304). — С. 5-8. — URL: https://moluch.ru/archive/304/68478/ (дата обращения: 17.03.2021).

В статье описаны методы измерения мощности лазерного излучения. Подробно рассмотрены наиболее распространённые способы, существующие сегодня, принцип работы которых базируется на преобразовании энергии излучения лазера в электрический ток, а также в тепловую и механическую энергии.

Ключевые слова: лазерное излучение, мощность, энергия.

Лазерная промышленность неуклонно развивается, применяя новые длины волн, более высокие мощности. Базовая технология измерения мощности и энергии лазера не изменилась за последние десятилетия. Существует три основных способа измерения мощности и энергии лазера.

Первым типом лазерного измерительного устройства является тепловой детектор, который измеряет количество тепла, проходящего через детектор, путем его теплового воздействия на матрицу термопар. Этот тип детектора работает следующим образом: когда лазерный луч падает на центральную область диска датчика, то тепло распространяется радиально к охлажденной периферии, как показано на рисунке 1. Поскольку общее количество тепла, проходящего через кольцо термопар, не зависит от размера или положения луча, то до тех пор, пока лазерный луч находится в области термопар, показания будут полностью независимы от размера и положения луча.

Измеритель тепловой мощности измеряет не абсолютную температуру датчика, а перепад температуры по всему датчику. Поэтому показания прибора совершенно не зависят от температуры окружающей среды. Если температура охлажденной периферии повышается, то соответственно повышается и температура внутренней части датчика, и падение температуры — следовательно, показания — остаются тем же самыми.

Тепловой способ измерения лазерного излучения практически не зависит от длины волны, достаточно надежен, поэтому является основой измерения мощности и энергии лазера. Однако он не может измерять повторяющиеся импульсы или очень низкие мощности и энергии.

Второй тип измерительного устройства-фотодиодный детектор, преобразующий свет, падающий на фотодиод, в электрический ток. Эти детекторы фотодиода основаны на полупроводниковом p-n-переходе. Когда фотоны света с энергией, превышающей характеристическую энергию запрещенной зоны фотодиода, попадают в детектор, они создают электронно-дырочную пару, которая образует пропорциональный ток. Спектральная чувствительность такого детектора показана на рисунке 2.

Рис. 2. Спектральная чувствительность

Поскольку на каждый фотон образуется только один электрон, то чем короче длина волны, тем менее эффективен детектор (высокоэнергетичный фотон с короткой длиной волны образует столько же тока, сколько низкоэнергетичный фотон с большей длиной волны). На рисунке 2 видно, что с увеличением длинны волны эффективность резко падает.

Фотодиодные детекторы достаточно чувствительны, имеют широкий динамический диапазон и высокую линейность при низких мощностях. Однако они очень сильно зависят от длины волны, как показано на графике, что требует калибровки в полном диапазоне длин волн. Они также насыщаются при низких мощностях, становясь нелинейными. Поэтому этот тип измерителя мощности в основном предназначен для низких мощностей. Без дополнительных фильтров, они линейны до нескольких мВт и с фильтрами они могут измерять до 3 Вт.

Третий тип детектора – пироэлектрический детектор, состоящий из кристалла, который поляризуется при нагревании. Эти детекторы работают следующим образом. Когда импульс света попадает на поглощающую поверхность детектора, он нагревается и поляризует пироэлектрический кристалл, создавая таким образом равный и противоположный заряд на двух поверхностях детектора. Поверхность детектора металлизирована так, что заряд собирается на параллельном конденсаторе независимо от того, где лазерный луч попадает на поверхность. Заряд на конденсаторе, таким образом, пропорционален энергии импульса. После окончания импульса напряжение на конденсаторе считывается, и конденсатор разряжается электронным способом, чтобы быть готовым к следующему импульсу.

Пироэлектрические детекторы особенно могут быть применены для повторяющихся импульсов и могут измерять до тысячи импульсов в секунду. Они также довольно чувствительны, но не особенно долговечны и поэтому для более высоких энергий и мощности, Лазерный луч проходит через диафрагму, которая помещается перед кристаллом датчика, чтобы снизить энергию на пироэлектрическом кристалле.

Четвертый тип – это пондемоторные измерители мощности лазерного излучения. Излучение падает на тонкую приемную металлическую пластину и соответственно давит на нее. Давление измеряется чувствительным преобразователем. Самое широкое применение имеют крутильные весы — является классическим прибором для измерения сверхмалых сил.

Схема устройства приведена на рисунке 4.

Подвес 1, в нем находится коромысло 2 с приемником 3, противовес 4, зеркало 5 располагается в вакуумированной камере. Когда излучение попадает на приемное крыло, подвижная система отклоняется на некий угол, а именно величину, по которой уже можно судить о значении оптической мощности. Крюк 6 необходим для того, чтобы прикрепить груз при калибровке. С помощью такого метода есть возможность измерить мощность лазерного излучения, начиная с единицы миливатт, а энергию импульсов в десятые доли джоуля.

Лазеры и лазерные системы стали более точными, а системные требования к точной мощности или энергии стали более требовательными. Если раньше допустимой было измерение мощности ± 10 %, то сегодня во многих случаях широко требуется управлять лазерным устройством с абсолютной точностью ± 5 % и стабильностью ±1 % или выше. Сегодня существуют приложения, которые должны измерять стабильность пульса с точностью до 0,2 %.

Точность измерения мощности или энергии в настоящее время обычно оценивается как ±3 %, а в некоторых случаях и выше. Стабильность некоторых счетчиков энергии лучше, чем 0,2 %.

В заключение приведем плюсы и минусы рассмотренных методов.

К основным плюсам теплового метода относят весьма широкий спектральный диапазон измерения, надежность измерительных средств. В тепловых измерителях достигли самую высокую точность измерения мощности. К минусам относят очень малое быстродействие, чувствительность.

В приборах, которые основаны на фотоэлектрическом действии, достигаются максимальное быстродействие, чувствительность. Это позволяет использовать их вплоть до наносекундного диапазона. К недостатками этих приборов относится узкий спектральный диапазон, невысокий верхний предел измерения мощности и большая погрешность измерений, которая достигает 4–29 % по сравнению с тепловыми приборами.

К положительной стороне пондеромоторного метода относят высокий верхний предел измерения мощности излучения. Главный минус — весьма жесткие требования к условиям эксплуатации в особенности к вибрации

Неволин В. Н., Менушенков А. П., Петровский В. Н. Физические основы лазерной технологии. — НИЯУ МИФИ, 2010.
Рассел Д. Волоконный лазер. — М.: Научная литература, 2012.
Алексеев Ю., Орда-Жигулина М., Чередникова С. Исследование динамики модулируемых полупроводниковых лазеров. — М.: LAP Lambert Academic Publishing, 2013.
Maiman T. The Laser Odyssey. Laser Pr.,2000.
Басов Н. Ж., Зуев В. С., Кириллов Ж. Monoimpilˊsnyi fotodissotsionnyi lazer na energiyu — М.: Physics Institute Publ., 1992.

Источник

Измерители оптической мощности

Измеритель мощности лазерного излучения – прибор, предназначенный для определения средней мощности излучения, переносимого через какую-либо поверхность. Такие устройства также помогают определить диапазон длины волн, профиль лазерного пучка, энергию и другие важные характеристики.

Особенности продукции

Анализ параметров излучения нужен для правильного подбора оборудования, способного решать определенный круг задач в научных исследованиях, промышленности или медицине. Приборы отличаются:

низким уровнем шума;
повышенной чувствительностью;
компактностью;
высоким уровнем точности.

Измеритель мощности лазера может иметь узкий или широкий динамический диапазон. Спектральные диапазоны некоторых устройств можно расширить за счет разных детектирующих головок. К измеряющим устройствам относят телекоммуникационные, термоэлектрические, фотодиодные и терагерцовые сенсоры, разные типы датчиков.

Мы, компания АО «ЛЛС» , поставляем оборудование для анализа параметров излучения во все регионы России. У нас вы также сможете купить компоненты и аксессуары для измерительных систем. Для заказа продукции оставьте заявку на сайте или позвоните нам.

Источник

Измерители мощности оптического излучения

Tempo OPM210 — измеритель оптической мощности с источником красного света

назначение: обслуживание оптических сетей передачи данных (телеком)
широкий спектр калиброванных длин волн 850, 1300, 1310, 1490, 1550,1625 нм.
диапазон мощности измеряемого сигнала: -70 . +10 дБм
определение модулированного сигнала 270 Гц, 1 кГц, 2 кГц
встроенный визуализатор повреждений (источник красного света)
встроенный светодиодный фонарик
высокая чувствительность, благодаря использованию InGaAs детектора
возможность установки опорного уровня и измерения затухания в дБ
защита портов от повреждений
универсальный интерфейс 2,5 мм для подключения коннекторов SC, FC, ST
низкое энергопотребление (более 60 часов работы от комплекта батарей)
индикация низкого заряда батареи, функция автоотключения при бездействии
портативное исполнение

Цена: 26 770.60 руб.

Greenlee GOPM MICRO-01 — измеритель оптической мощности

Артикул: GT-GOPM MICRO-01

калиброванные длины волн: 850, 1300, 1310, 1490, 1550, 1625 нм
диапазон измеряемых мощностей: +6. -70 дБм
универсальный интерфейс 2,5 мм (FC, SC, ST)
измеритель мощности и визуализатор повреждений в одном корпусе
защита портов от повреждения при падении прибора
подсветка портов, для удобства подключения патчкордов

Цена: 22 918.21 руб.

Tempo OPM220 — измеритель оптической мощности с источником красного света

назначение: обслуживание оптических сетей КТВ и PON
широкий спектр калиброванных длин волн 850, 1300, 1310, 1490, 1550,1625 нм.
диапазон мощности измеряемого сигнала: -50 . +26 дБм
определение модулированного сигнала 270 Гц, 1 кГц, 2 кГц
встроенный визуализатор повреждений (источник красного света)
встроенный светодиодный фонарик
высокая чувствительность, благодаря использованию InGaAs детектора
возможность установки опорного уровня и измерения затухания в дБ
защита портов от повреждений
универсальный интерфейс 2,5 мм для подключения коннекторов SC, FC, ST
низкое энергопотребление (более 60 часов работы от комплекта батарей)
индикация низкого заряда батареи, функция автоотключения при бездействии
портативное исполнение

Цена: 28 115.44 руб.

Greenlee GOPM MICRO-02 — измеритель оптической мощности

Артикул: GT-GOPM MICRO-02

калиброванные длины волн: 850, 1300, 1310, 1490, 1550, 1625 нм
диапазон измеряемых мощностей: +26. -50 дБм
универсальный интерфейс 2,5 мм (FC, SC, ST)
измеритель мощности и визуализатор повреждений в одном корпусе
защита портов от повреждения при падении прибора
подсветка портов, для удобства подключения патчкордов

Товар не поставляется

Greenlee GUPM100-02 — измеритель оптической мощности (+6. -70 дБм)

калиброванные длины волн: 850, 1300, 1310, 1490, 1550, 1610, 1625 нм
диапазон измеряемых мощностей: от +6 до -70 дБм
совместим с устройствами Windows или Android
унифицированное программное обеспечение для GUPM100-02 и оптических микроскопов GVIS

Цена: 34 520.90 руб.

Greenlee GUPM100-04 — измеритель оптической мощности (+23…-45 дБм)

калиброванные длины волн: 850, 1300, 1310, 1490, 1550, 1610, 1625 нм
диапазон измеряемых мощностей: от +23 до -45 дБм
совместим с устройствами Windows или Android
унифицированное программное обеспечение для GUPM100-04 и оптических микроскопов GVIS

Цена: 49 273.80 руб.

Tempo OPM510 — измеритель оптической мощности (телеком)

область применения: телекоммуникации
высокая чувствительность, благодаря использованию InGaAs детектора
фильтрация сигнала, измеряемого на длинах волн 1625 нм и 1650 нм.
широкий спектр калиброванных длин волн 850, 1300, 1310, 1490, 1550,1625 нм.
диапазон измеряемых мощностей оптического сигнала: -65 . +10 дБм
определение модулированного сигнала 270 Гц, 1 кГц, 2 кГц
измерение оптической мощности в дБм и мВт.
возможность установки опорного уровня и измерения затухания в дБ
высокая степень защиты корпуса от ударов, влаги, пыли, вибрации
защита портов от повреждений
возможность установки всех наиболее популярных типов интерфейсов (SC, FC, ST, LC)
низкое энергопотребление (более 100 часов работы от одной батареи)
индикация низкого заряда батареи, функция автоотключения при бездействии

Цена: 46 273.31 руб.

Tempo OPM520 — измеритель оптической мощности (КТВ)

область применения: кабельное телевидение (КТВ), PON
высокая чувствительность, благодаря использованию InGaAs детектора
фильтрация сигнала, измеряемого на длинах волн 1625 нм и 1650 нм.
широкий спектр калиброванных длин волн 850, 1300, 1310, 1490, 1550,1625 нм.
диапазон измеряемых мощностей оптического сигнала: -50 . +27 дБм
определение модулированного сигнала 270 Гц, 1 кГц, 2 кГц
измерение оптической мощности в дБм и мВт.
возможность установки опорного уровня и измерения затухания в дБ
высокая степень защиты корпуса от ударов, влаги, пыли, вибрации
защита портов от повреждений
возможность установки всех наиболее популярных типов интерфейсов (SC, FC, ST, LC)
низкое энергопотребление (более 100 часов работы от одной батареи)
индикация низкого заряда батареи, функция автоотключения при бездействии

Цена: 50 921.57 руб.

Портативный измеритель излучения RP 460-03

измерение мощности оптического сигнала на длинах волн 850нм, 1300 нм, 1310нм, 1490 нм, 1550 нм в диапазоне от +3 до -70 дБм
определение вносимых потерь совместно с источником излучения
тип детектора InGaAs
память результатов измерений
передача данных на ПК, формирование отчета

Цена: 66 606.05 руб.

Портативный измеритель излучения RP 460-04

измерение мощности оптического сигнала на длинах волн 850нм, 1300 нм, 1310нм, 1490 нм, 1550 нм, 1625 нм в диапазоне от +23 до -45 дБм
определение вносимых потерь совместно с источником излучения
сохранение результатов измерения
экспорт результатов измерения на ПК и формирование отчетов
проведение измерений на активной сети PON

Источник