sensores térmicos

la mayoría de los medidores de potencia se basan en el principio de detector térmico : potencia óptica se convierte en potencia calorífica en alguna estructura absorbente con un revestimiento negro, y el aumento de temperatura resultante (o en realidad, la diferencia de temperatura entre el absorbedor y el soporte) se mide, p. ej. con una termopila. tal medidor de potencia térmica (ver figura 1) es útil para potencias medias entre ≈ 0,01 w y varios kilovatios (pero tenga en cuenta que un solo cabezal sensor no puede abarcar todo el rango). Normalmente, algo de enfriamiento con un ventilador o incluso con se requiere agua para potencias superiores a aproximadamente 10 W.

Los medidores de potencia térmica son bastante robustos (aunque debe evitarse enfocar demasiado sobre el absorbedor ), moderadamente precisos, utilizables en una amplia longitud de ondarango (con bastante sensibilidad independiente de la longitud de onda ) y relativamente lento.

Cuando un medidor de potencia térmica está configurado para alta sensibilidad ( responsividad ), por ejemplo, para una potencia máxima inferior a 100 mW, su montaje debería no ser tocado la mano durante medidas. Este es porque cualquier calentamiento de la montura puede provocar diferencias de temperatura modificar la lectura.

Fotodiodos

se pueden fabricar medidores de potencia mucho más sensibles y más rápidos con fotodiodos , más a menudo basado en silicio (Si), pero para el infrarrojo cercano también en germanio (Ge). arseniuro de indio y galio (InGaAs) es menos común para los medidores de potencia, ya que gran superficie InGaAs los detectores son caros. poderes en el microvatio región o posiblemente incluso inferior. Estos Los instrumentos también se pueden utilizar para medir altas potencias cuando una adecuada atenuador se utiliza. Ellos son, sin embargo, menos robustos que potencia térmica contadores: ellos se dañan más fácilmente cuando expuesto a demasiado alto intensidades ópticas .

debido a la alta sensibilidad de los fotodiodos, ellos también son adecuados para cabezales sensores con un esfera integradora . en ese caso, también se puede utilizar un InGaAs fotodiodo, porque se puede lograr un área de entrada grande a pesar de un fotodiodo de área pequeña.

Además, la sensibilidad de un fotodiodo es bastante dependiente de la longitud de onda, por lo que un fotodiodo El medidor de potencia generalmente requiere que el usuario realice un ajuste para la longitud de onda. El El dispositivo luego utiliza una tabla de calibración interna para compensar el dependiente de la longitud de onda responsividad . uno debería por supuesto, no olvide ajustar esa configuración cuando usando el medidor de potencia para un láser que opera a una longitud de onda diferente, porque de lo contrario, la calibración de energía será incorrecta. Obviamente, esto El método no funciona para vigas con una banda muy ancha o variable espectro óptico , mientras que puede ser perfectamente adecuado en situaciones donde la longitud de onda del láser rara vez se cambia.

respuesta espectral

El El fabricante normalmente especifica un cierto rango de óptica longitudes de onda para que se logra la precisión de medición citada. Para medidores de potencia térmica, ese rango puede ser bastante amplio, p. ej. extendiéndose lejos en los infrarrojo región espectral, porque no es muy dificil hacer una banda ancha amortiguador , p.ej. con un revestimiento negro . tenga en cuenta que el rango espectral citado puede ser menor que los respuesta espectral ; puede haber regiones de longitud de onda donde el detector reacciona, pero no con una respuesta calibrada.

Basado en fotodiodos Los instrumentos también pueden funcionar en una amplia gama de longitudes de onda, p. con a Basado en Si diodo de el ultravioleta cercano a algo más allá de 1 μm, pero con los responsividad variando sustancialmente en dicho rango. Por lo tanto, como se explicó anteriormente, el usuario tendrá que configurar la longitud de onda y el instrumento generalmente tendrá que “creer” que esto la configuración se ha realizado correctamente. en principio, dicho medidor de potencia puede estar equipado con un sensor de longitud de onda, pero esto no es común.

rangos de medición de potencia

la mayoría de los medidores de potencia permiten al usuario cambiar entre diferentes rangos de medición de potencia - por ejemplo, con potencias máximas de 0,1 W, 0,3 W, 1 w y 3 W. Con una pantalla analógica, las lecturas precisas sólo son posibles cuando elegir un rango de medición apropiado. incluso para pantallas digitales, uno debería elija un rango apropiado, desde la precisión puede sufrir cuando midiendo en un rango demasiado alto.

El La potencia máxima permitida para un cabezal de sensor en particular está limitada principalmente por problemas de daños. Sin embargo, tenga en cuenta que se puede dañar fácilmente un cabezal sensor con potencias ópticas muy por debajo de la potencia máxima permitida, cuando entregando el haz de entrada con un diámetro de haz inapropiadamente pequeño. El la intensidad local se vuelve entonces demasiado alta, que es particularmente un problema para basado en fotodiodos dispositivos. (Incluso mucho antes de que ocurra el daño, puede haber efectos de saturación local, lo que da lugar a lecturas incorrectas). por lo tanto, las especificaciones del instrumento a menudo incluyen una intensidad de entrada máxima permitida. Para operación con láser pulsos (en particular de Q-conmutado láseres ), puede haber una especificación adicional para el pulso máximo permitido fluencia (en J / cm 2 ).

El el rango mínimo de medición está limitado por el ruido de medición - típicamente por ruido proveniente la cabeza del sensor. Eso el ruido puede reducirse algo mediante paso bajo filtrado, cuando una respuesta más lenta es aceptable para la aplicación. El Por lo general, se elegirá el rango más bajo de modo que la incertidumbre de la medición se mantenga al menos de 10 a 20 db por debajo de la potencia máxima.

Basado en fotodiodos los sensores de potencia son mucho más sensibles que térmicas. Aquí, los rangos de medición más bajos se encuentran a menudo en microvatios región o posiblemente incluso más baja. Para los rangos de medición sensibles, por supuesto, uno tendrá que evitar cuidadosamente las influencias de la luz ambiental, p. mediante el uso de protectores adecuados (por ejemplo tubos anodizados negros alrededor del haz trayectoria) y / o trabajando en un laboratorio oscuro.

exactitud

Las precisiones de medición típicas son del orden de ± 3 % o ± 5 % para potencias cercanas a la lectura máxima en un determinado rango de medición. las potencias muy por debajo del máximo en algún rango pueden medirse con menos precisión.

precisiones sustancialmente mejores requieren regular recalibración y de todos modos están limitados por la uniformidad del detector (ver más abajo), las desviaciones térmicas y otras influencias.

velocidad

Los sensores de potencia térmica son intrínsecamente relativamente lentos - particularmente aquellos para altas potencias, donde la capacidad térmica del sensor es tentativamente mayor. los tiempos de respuesta típicos son del orden de 0,2 sa 2 s. incluso a base de fotodiodos Los medidores de potencia normalmente no se hacen muy rápido, ya que uno podría de todos modos no leer una pantalla que se actualiza, p. ej. 10 veces por segundo. Para medidas de potencia con una medida más alta banda ancha, otros tipos de instrumentos (determinados fotodetectores ) debe ser utilizado.

área activa y uniformidad de respuesta

las áreas activas típicas de los medidores de potencia son circulares o cuadradas con dimensiones entre 5 mm y algunos centímetros. las áreas activas más grandes suelen ser ofrecidas por dispositivos.

un posible problema con tanto térmicos como a base de fotodiodos medidores de potencia óptica es la uniformidad de la respuesta. Para medidores de potencia térmica, puede resultar una falta de uniformidad una dependencia de la resultante absorbanciao distribución de temperatura para diferentes posiciones del haz. Para fotodiodos , una respuesta no uniforme puede resultar fácilmente de dañar con demasiado alto intensidades ópticas .

cabezales sensores con un esfera integradora naturalmente proporcionan la más alta uniformidad del detector.

salidas electronicas

algunos instrumentos tienen una salida analógica (p. ej., a través de una toma BNC ), donde la tensión de salida suele ser proporcional a la potencia de salida relativa a la potencia máxima en un determinado rango de medición.

Las interfaces digitales son muy versátiles, lo que permite una funcionalidad sustancialmente ampliada en una computadora. Para ejemplo, aunque El registro de datos puede ser proporcionado incluso por dispositivos independientes, puede ser más conveniente procesar y almacenar dichos datos en una computadora.

dimensiones

El Las dimensiones mecánicas de un sensor óptico de potencia pueden ser bastante relevantes para aplicaciones, p. ej. cuando es necesario insertar temporalmente un sensor en alguna trayectoria del haz, donde hay poco espacio disponible. hay algunos sensores de mano muy planos, principalmente basados ​​en fotodiodos, que requieren muy poco espacio.

fuente de alimentación

Los medidores de potencia requieren algo de energía eléctrica, que se puede proporcionar con una fuente de alimentación externa o con baterías (que normalmente son recargables). El funcionamiento con batería es, por supuesto, conveniente al eliminar otro cable, ya que se requiere una toma de corriente cercana, pero por otro lado, la necesidad de una recarga regular también puede ser inconveniente. dispositivos conectados a una computadora, p. ej. vía USB cable puede obtener la energía allí.