Laser-Leistung messen mit Photodiode

OP #3031452
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MOin,

ich will bei einem Laser gepulsten (Khz-Bereich) Laser mit sehr kurzer 
Pulsdauer ( z.B. Nanosekunden) die Leistung der Strahlung messen

Wie soll ich die Pulsenergie bei so einem schnellen Laser messen? (Die
Pulse auf bestimmte Zeit integrieren?  Wenn ja , wie realisiere ich so
was..)

Vielen Dank für jede Meinung, Hilfe und Hinweis.

s.
Gast #3031482
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Eine normale Fotodiode mittelt schon die Leistung über eine gewisse 
Zeit. Der mittlere Strom entspricht auch schon der mittleren Leistung. 
Als eine einfache Lösung reicht es direkt die Fotodiode mit einem DMM im 
Strombereich zu verbinden. Zur besseren Mittelung kann man noch einen 
kleinen Kondensator parallel schalten und ggf. eine kleine Spannung 
(z.B. 1,5 V Batterie) als Vorspannung dazu.  Für die Umrechnung in eine 
Leistung braucht man dann noch den Quantenwirkungsgrad der Fotodiode, 
die optischen Verluste und die Wellenlänge des Lasers.
Gast #3031512
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Mit der Photodiode kann man proportional zur Leistung messen. Denn man 
kann ja nur einen ausgekoppelten Teil auf die Photodiode geben. Und 
dieses Teilerverhaeltnis ist nicht zwingend stabil...
OP #3031744
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danke für die schnelle Rückmeldungen.

Eine thermische Messmethode fällt leider wegen der Umgebungsbedingungen 
aus.

Wäre dies auch so einfach, wenn die Pulsrate im KHz. Bereich ist?


@ Ulrich

Was ist denn DMM ? Digital-Multi-Meter?

Ulrich schrieb:
> Für die Umrechnung in eine
> Leistung braucht man dann noch den Quantenwirkungsgrad der Fotodiode,
> die optischen Verluste und die Wellenlänge des Lasers

Woher weiss ich diese Faktoren?

Wie sieht die Berechnungsformel evtl. aus?

Danke. :)
Gast #3031758
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Vergiss das Diodenzeug, das du die Skalierung nicht kennst. Eine 
Thermische Messungistbrecht einfach. Man nimmt ein schwarzes Blech, oder 
noch besser einen hohlen Schwarzkoerper, den man mit einem Peltier auf 
Raumtemperatur haelt. Kann mit einem Widerstand kalibriert werden. Und 
ist bis auf die Emissivitaet genau.
#3031762
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sloomy .. schrieb:
> Wäre dies auch so einfach, wenn die Pulsrate im KHz. Bereich ist?

Ist doch egal wie hoch die Pulsrate ist. Wenn Du die durchschnittliche 
Leistung bestimt hast, lässt sich daraus und aus Kenntnis von Pulsdauer 
und Pulsrate die Pulsleistung und die Pulsenergie ausrechnen.

> Woher weiss ich diese Faktoren?

Wenn sie nicht im Datenblatt stehen, dann kannst Du sie durch Einmessen 
mit einer bekannten Strahlquelle experimentell bestimmen. Oder Du 
besorgst Dir Detektoren mit bekannter Charakteristik:
http://www.thorlabs.de/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=947
Persönliche Seite #3031792
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Boll Boller schrieb:
> Vergiss das Diodenzeug, das du die Skalierung nicht kennst. Eine
> Thermische Messungistbrecht einfach. Man nimmt ein schwarzes Blech, oder
> noch besser einen hohlen Schwarzkoerper, den man mit einem Peltier auf
> Raumtemperatur haelt. Kann mit einem Widerstand kalibriert werden. Und
> ist bis auf die Emissivitaet genau.

Sicher kennt man die Skalierung. Das kann man mittels Datenblatt und der 
Quantenausbeute ermitteln.

Um welche Laserleistung geht es überhaupt?  µW? mW? W? kW?

Wie genau mmöchtest du messen?

Für Leistungen bis 100W habe ich mit den Messköpfen von Coherent (z.B. 
PM150-*) gute Erfahrungen gemacht, sowohl mit kurzen Pulsen (ns), 
ultra-kurzen (ps, fs) Pulsen und cw- Laserquellen. Die Köpefe fangen bei 
1300€ an und haben so 3% Genauigkeit.

Kleine Leistungen bzw. Pulsform/-dauer mit einer schnellen PD. Risetime 
im einstelligen ns-Bereich und nem GHz Oszi. Oder langsame PD für 
mittlere Leistung.
Gast #3031819
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Für eine grobe Messung reichen die Angaben im Datenblatt der 
Photodioden. Es hängt aber von der Wellenlänge ab, wie stark da die 
Empfindlichkeit ggf. von Exemplar zu Exemplar schwankt. Im mittleren 
Bereich so von 800 nm - 500 nm sind da eher wenig Schwankungen zu 
erwarten und der Quantenwirkungsgrad ist auch relativ konstant und dicht 
bei 0,95.
OP #3031832
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Danke für die Antworten.

die Wellenlänge soll zwischen 900nm bis 1100nm sein. Da sind die 
Wirkungsgrade der schnellen Dioden ziemlich gering, ich weiss.

mW bis 1W Bereiche werden sehr wahrscheinlich bevorzugt.

Genau möchte die momentane Pulsleistung messen. Oszi fällt aus, da ich 
in ner Regelung/Überwachung/Kontrolle die PD-Werte nutzen will.
Gast #3032053
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Dass ist aber nicht zufällig ein Zwei-Photonen Laser? Wenn Du regeln 
willst, nimm eine Photodiode in Transimpedanzschaltung und bastle mit 
Feedback-C und R einen Tiefpass, der schnell genug für die Reglung ist, 
aber die Pulse integriert.
Gast #3032232
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Die Pulse werden durch die Sperrschicht Kapazitaet der Diode integriert. 
Keine Bange, das macht die von selbst. Sonst koennte man gar keine 
Femtosekundenlaser messen. Eine gute Photodiode fuer Femtosekundenlaser 
macht vielleicht 30..40GHz, entsprechend 30ps oder so, einen faktor 
tausend langsamer wie der Puls.
Gast #3032447
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Die Pulsleistung ergibt sich aus der Reprate, der Pulslaenge und der 
Pulsform. Die Pulslaenge und die Pulsform kann man mit einem 
(Auto-)Korrelator messen. Dabei wird der Puls Laengen-, resp 
Zeitvariabel verzoegert und mit sich selbst multipliziert. Aber 
eigentlich ist beides schon durch den Prozess, resp die Ratengleichung 
gegeben.

Die so gemessene Leistung muss dann noch mit der mittleren Leistung 
skaliert werden, und die misst man ueblicherweise thermisch.
Gast #3113639
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Wenn du die Pulsform und breite kennst, dann kannst du die berechnen.
Wenn nicht mußt du mit einer kürzeren Pulsperiode abtasten als der 
Laserpuls Breit ist (bzw. dessen höchster Frequenzanteil). Du mußt den 
Quatenwirkungsgrad der Photodiode kennen und deren Signal mit einem 
Transimpedanzverstärker verstärken (dieser muß passend zur Diode und zum 
Signal dimensioniert sein).

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