Medición de la potencia del láser

Medición de la potencia del láser

Los láseres se utilizan hoy en día en muchas aplicaciones diferentes. Comunicaciones ópticas, impresión láser, procesamiento de materiales, medición de distancias (LiDAR), medicina y espectrometría de masas, por nombrar algunas.

En muchas de estas aplicaciones, es necesario medir la potencia (potencia máxima, potencia media, forma del pulso) o la energía, así como la estabilidad del láser utilizado, para controlar, por ejemplo, la seguridad de acuerdo con normas de seguridad como la Directiva de Radiación Óptica Artificial 2006/25/CE o la clasificación del láser de acuerdo con la clasificación EN 60825-1.  Para este tipo de mediciones, se puede utilizar la combinación de un sensor basado en fotodiodos y un dispositivo de lectura electrónica (Optómetro).

El fotodiodo convierte la radiación láser entrante en una corriente eléctrica que es leída por el optómetro. Con la ayuda de una calibración radiométrica (por ejemplo, por el laboratorio de calibración acreditado por la norma ISO 17025 de Gigahertz-Optik), el optómetro mostrará la potencia óptica resultante (en W) en la longitud de onda deseada.

Este concepto de medición bien establecido funciona tanto para fuentes de onda continua como para fuentes pulsadas. En el caso de las fuentes pulsadas, normalmente se mide la potencia media. Por lo tanto, el tiempo de integración y las frecuencias de los pulsos deben coincidir.

A veces también se necesita la forma del pulso, véase  App 022 o ISD-1.6-SP-Vxx.

El optómetro también puede tener en cuenta el tiempo de medición e integrar la potencia del láser en el tiempo, mostrando directamente la energía/dosis láser resultante (en J).

La potencia mínima y máxima que puede medirse viene determinada por la combinación de detector y optómetro que se utilice. Nuestros productos suelen cubrir un rango de potencia muy amplio, desde unos pocos nW hasta kW, gracias a nuestros amplificadores de transimpedancia de rango multiganancia

Medición de la energía de los impulsos/Medición de la dosis
Con el optómetro P-9710 y su sucesor el P-21, Gigahertz-Optik también ofrece un optómetro preciso para medir la energía de los pulsos entrantes. Esta medición utiliza el principio del llamado método de estiramiento de impulsos.

Cualquier señal entrante del fotodiodo se estira en el tiempo para ajustarse al tiempo de subida del amplificador de transimpedancia incorporado en el optómetro.

Durante este estiramiento, la energía se mantiene constante (área A1 = A2), pero el área A2 puede tener un muestreo mucho mayor, lo que da lugar a una medición más precisa en comparación con el área A1. Los resultados finales muestran la energía del láser (en J) en el detector durante la medición. Esto ofrece la posibilidad de medir con precisión las energías de los pulsos de las cadenas de pulsos, así como los pulsos individuales hasta el rango de ns. Para los pulsos individuales se ofrece una posibilidad de disparo.

Configuraciones del detector
Para las aplicaciones de medición de la potencia del láser, se utilizan ampliamente dos tipos diferentes de detectores.

Fotodiodo sin más accesorios:

Esta configuración es la más básica. Consiste en un fotodiodo cableado dentro de una carcasa metálica conectado a un optómetro. Debido a la alta linealidad de los fotodiodos, esta configuración proporciona una lectura precisa de los láseres de baja y media potencia.

Dado que el diodo sólo puede medir la radiación óptica o la luz que incide en su área activa, el punto láser en el diodo debe ser más pequeño en comparación con las dimensiones del área activa del fotodiodo para poder medir su potencia total con precisión. Esto limita el diámetro del punto láser hasta cierto punto (normalmente unos pocos mm). Además, la potencia máxima está limitada por la capacidad de respuesta del fotodiodo, la linealidad (saturación) y la corriente de entrada máxima del optómetro (los valores máximos típicos están en el rango de unos pocos mW). Por supuesto, se pueden utilizar filtros de densidad óptica (filtros ND) hasta cierto punto.

Los detectores de fotodiodos puros pueden utilizarse para el análisis de la onda continua, de la energía de los impulsos y de la forma de los mismos (hay que tener en cuenta el tiempo de subida del diodo).

Ventajas: Muy alta sensibilidad, tiempo de respuesta rápido
Contras: tamaño limitado del punto láser, potencia máxima limitada
Detector basado en esfera integrada:

Este concepto de detector se construye añadiendo un fotodiodo a una esfera hueca con un revestimiento interior altamente reflectante, la llamada esfera integradora. Esta configuración se calibra en nuestro laboratorio de calibración ISO 17025. Para medir la potencia óptica con precisión, toda la radiación óptica debe acoplarse a la esfera integradora a través de su puerto de entrada.

Para este concepto/montaje de medición, la flexibilidad es mucho mayor, ya que la gama de diámetros de esfera que podemos ofrecer va de 8 mm a 1 m. Por lo tanto, es posible diseñar los puertos de medición (puerto de entrada de la esfera integradora) en consecuencia y, si es necesario, se pueden medir grandes diámetros de haz láser o haces muy divergentes. Los niveles de potencia óptica pueden ajustarse más fácilmente mediante una combinación de filtros de densidad óptica y el diámetro de la esfera (atenuación por esferas más grandes). Además, el rango dinámico puede ampliarse utilizando varios fotodiodos en una esfera de integración para diferentes rangos de potencia óptica. En total, este enfoque permite medir correctamente potencias láser máximas de más de 100 W.

Sin embargo, cuando se miden pulsos cortos (rango de ns), una esfera integradora más grande conduce a un estiramiento del pulso debido al tiempo de propagación de la luz dentro de la esfera que resulta de las múltiples reflexiones. Por lo tanto, para el análisis de la forma del pulso, sólo se pueden utilizar esferas pequeñas o el diámetro de la esfera debe ajustarse a la longitud esperada del pulso. También es posible realizar configuraciones de doble detector para satisfacer las necesidades específicas. Aquí podemos ofrecer nuestro apoyo y experiencia en función del parámetro del láser y proporcionarle la mejor solución para su aplicación. Vea, por ejemplo, nuestra innovadora esfera integradora de doble sensor de 16 mm ISD-1.6-SP, que se utiliza, entre otros, para la caracterización láser lidar.

Gigahertz-Optik ofrece sistemas de esferas estándar así como configuraciones personalizadas altamente flexibles. Esto hace que sean posibles varias geometrías y combinaciones de diodos. Consulte nuestro Concepto de esfera integradora modular para obtener más detalles.

• Ventajas: Alta sensibilidad, flexibilidad, gran rango de potencia posible, soluciones multidetector.
  Contras: Estiramiento de las señales pulsadas (relevante sólo para las mediciones de la forma del pulso en el rango de ns), mayor tamaño
  Calibración
  Para cualquier tipo de medición radiométrica de la potencia del láser, la calibración desempeña un papel fundamental para la precisión del resultado final. En otras palabras, es importante una incertidumbre de calibración baja en la que se pueda confiar. En este sentido, ofrecemos calibraciones de nuestro laboratorio de calibración y pruebas acreditado por la norma DAkkS ISO 17025. Esto significa que se aplican los más altos estándares según la ISO 17025 a los procesos para garantizar la fiabilidad y la trazabilidad de nuestras calibraciones. Todas las calibraciones son directamente trazables al PTB, al NMI alemán o a NMIs comparables. Nuestro laboratorio de calibración cubre el rango de longitudes de onda de 200 nm - 2500 nm.

  Productos
  Aquí puede obtener una primera visión general de nuestros productos Radiómetros para la radiación láser. También nuestro Espectrorradiómetros para radiometría puede combinarse con esferas integradoras para mediciones de potencia láser espectral. Póngase en contacto con nosotros para obtener más información.