термодатчики

большинство измерителей мощности основаны на принципе тепловой детектор : оптическая сила преобразуется в тепловую мощность в некоторой структуре поглотителя с а черное покрытие, и результирующее повышение температуры (или фактически разница температур между поглотителем и опорой) измеряется, например с термобатареи. такой счетчик тепловой мощности (см. рисунок 1) полезен для средних мощностей ≈ 0,01 и несколько киловатт (но учтите, что одна сенсорная головка не может охватить весь этот диапазон). Обычно некоторое охлаждение с вентилятор или даже с вода требуется для мощности выше примерно 10 Вт.

измерители тепловой мощности достаточно надежны (хотя следует избегать слишком сильной фокусировки на поглотителе ), умеренно точны, пригодны для использования в широком диапазоне длина волны диапазона (с довольно независимой от длины волны чувствительностью) и относительно медленной.

Когда измеритель тепловой мощности настроен на высокую чувствительность ( отзывчивость ), например для максимальной мощности ниже 100 мВт, его крепление должно не трогать с рука во время измерения. Это потому что любое нагревание крепления может вызвать перепады температур, которые изменить чтение.

Фотодиоды

могут быть сделаны гораздо более чувствительные и более быстрые измерители мощности фотодиоды , чаще всего на основе кремния (Si), но для ближнего инфракрасного диапазона также на германии (Ge). арсенид галлия индия (InGaAs) для измерителей мощности встречается реже, поскольку большая площадь InGaAs детекторы стоят дорого. мощности в микроваттах можно измерить область или, возможно, даже ниже. Эти инструменты также могут быть использованы для измерения больших мощностей при подходящий аттенюатор используется. Они , однако, менее надежны, чем тепловая мощность счетчики: они легче повредить когда подвергается слишком высокому оптическая интенсивность ,

из-за высокой чувствительности фотодиодов, они также вполне подходят для сенсорных головок с ан интегрирующая сфера , в этом случае можно также использовать InGaAs фотодиод, потому что тогда может быть достигнута большая входная площадь, несмотря на небольшую площадь фотодиода.

Также чувствительность фотодиода зависит от длины волны, так что на основе фотодиода измеритель мощности обычно требует, чтобы пользователь установил длину волны. В устройство затем использует внутреннюю калибровочную таблицу для компенсации зависящей от длины волны отзывчивость , один должен конечно, не забудьте настроить этот параметр когда с помощью измерителя мощности для лазера, работающего на другой длине волны, потому что в противном случае калибровка мощности будет неправильной. Очевидно, это не работает для балок с очень широкополосный или переменный оптический спектр , тогда как он может быть идеально подходящим в ситуациях, где длина волны лазера меняется редко.

спектральный отклик

В производитель обычно указывает определенный диапазон оптических длины волн для который достигается указанная точность измерения. Для счетчики тепловой мощности, этот диапазон может быть довольно широким, например простирается далеко в то инфракрасный спектральная область, потому что сделать широкополосный доступ не так уж и сложно поглотитель , например с а черное покрытие , обратите внимание, что указанный спектральный диапазон может быть меньше то спектральный отклик ; могут быть области длин волн где детектор реагирует, но не с откалиброванный ответ.

На основе фотодиодов инструменты также могут работать в широком диапазоне длин волн, например с а на основе Si диод от в ближнем ультрафиолете до несколько больше 1 мкм, но с то отзывчивость существенно меняются в таком диапазоне. Следовательно, как объяснено выше, пользователь должен будет установить длину волны, а прибор обычно должен будет «поверить» что это настройка выполнена правильно. в принципе такой измеритель мощности может быть оборудован датчик длины волны, но это не обычное дело.

диапазоны измерения мощности

большинство измерителей мощности позволяют пользователю переключаться между различными диапазонами измерения мощности - например, с максимальные степени 0,1 W, 0,3 W, 1 w и 3 W. С аналоговый дисплей, точные показания возможны только при выбор подходящего диапазона измерения. даже для цифровых дисплеев следует выберите подходящий диапазон, поскольку точность может пострадать, когда измерения в слишком большом диапазоне.

В максимально допустимая мощность для конкретной головки датчика в основном ограничена повреждениями. Однако учтите, что можно легко повредить головку датчика с помощью оптическая мощность значительно ниже максимально допустимой, когда доставляя входной пучок с несоответствующего малого диаметра пучка. В тогда местная интенсивность становится слишком высокой, которая особенно актуален для фотодиодных устройств. (Даже задолго до того, как произойдет повреждение, могут возникнуть локальные эффекты насыщения, приводящие к ошибочным показаниям.) Поэтому спецификации прибора часто включают максимально допустимую входную интенсивность. Для операция с лазер импульсы (особенно от Добротность лазеры ), может быть дополнительная спецификация для максимально допустимого импульса флюенс (в Дж / см 2 ).

В минимальный диапазон измерения ограничен шумом измерения - обычно шумом, исходящим от датчик головка. Это шум можно несколько уменьшить за счет низких частот фильтрация, когда для приложения допускается более медленный ответ. В самый низкий диапазон обычно выбирается таким образом, чтобы погрешность измерения оставалась по крайней мере на 10-20 дБ ниже максимальной мощности.

На основе фотодиодов датчики мощности намного более чувствительны, чем тепловые единицы. Здесь самые низкие диапазоны измерения часто находятся в микроваттах области или, возможно, даже ниже. Для диапазонов чувствительных измерений, конечно, необходимо тщательно избегать влияния окружающего света, например с использованием надлежащих экранов (например, черных анодированных труб вокруг луча пути) и / или работая в темной лаборатории.

точность

типичная точность измерений порядка ± 3 % или ± 5 % для мощностей, близких к максимальному показанию в определенном диапазоне измерений. мощности значительно ниже максимума в некотором диапазоне могут быть менее точно измерены.

существенно лучшая точность требуется регулярная повторная калибровка и в любом случае ограничены однородностью детектора (см. ниже), тепловыми дрейфами и другими воздействиями.

скорость

датчики тепловой мощности по своей природе относительно медленные - особенно те для высоких мощностей, где теплоемкость датчика ориентировочно выше. типичное время отклика составляет порядка 0,2 с до 2 с. даже на основе фотодиодов измерители мощности обычно не производятся очень быстро, поскольку один мог все равно не читать дисплей который обновляется, например 10 раз за второй. Для измерения мощности с более высокое измерение пропускная способность, другие типы инструментов (определенные фотоприемники ) должен быть использован.

активная площадь и равномерность отклика

типичные активные области счетчиков мощности имеют круглую или квадратную форму с размеры от 5 мм до нескольких сантиметров. большие активные площади обычно предлагаются более мощными устройств.

возможная проблема с как тепловые, так и на основе фотодиодов измерители оптической мощности - это равномерность отклика. Для счетчиков тепловой мощности, отсутствие единообразия может возникнуть в результате зависимость результирующего поглощениеили распределение температуры для различных положений луча. Для фотодиоды , неравномерная реакция может легко возникнуть в результате наносить ущерб с слишком высоко оптическая интенсивность ,

сенсорные головки с ан интегрирующая сфера естественно обеспечить детектор высочайшей однородностью.

электронные выходы

некоторые инструменты имеют аналоговый выход (например, через разъем BNC ), где выходное напряжение обычно пропорционально выходной мощности относительно максимальной мощности в определенном диапазоне измерения.

цифровые интерфейсы очень универсальны, что позволяет существенно расширить функциональные возможности компьютера. Для например, хотя регистрация данных может быть обеспечена даже с помощью автономных устройств, может быть удобнее обрабатывать и хранить такие данные на компьютере.

размеры

В механические размеры оптического датчика мощности могут иметь большое значение для приложений, например когда датчик необходимо временно вставить в некоторый путь луча, где места мало. есть несколько очень плоских портативных датчиков, в основном на основе фотодиодов, которые требуется совсем немного места.

источник питания

счетчикам мощности требуется некоторая электрическая мощность, которая может быть предоставлен внешний источник питания или с батареи (которые обычно перезаряжаемые). Работа с батарейным питанием, конечно, удобна, поскольку исключает необходимость подключения другого кабеля к ближайшей розетке, но, с другой стороны, необходимость регулярной подзарядки также может быть неудобной. устройства, подключенные к компьютеру, например через USB кабель может получить питание от там.