Liebe Community, ich habe einen gepulsten laser mit sehr kurzen pulsen (~6fs) und langsamer repetition-rate (~1kHz), von welchem ich die power messen möchte. Und zwar schneller (min alle 100ms (gemittelte Spannung), sprich max. alle 100 pulse) und genauer (min. 0.1% genau) als mit einem thermischen powermeter. Am besten wäre eine Schaltung mit einer Photodiode welche dann eine analoge Spannung ausgibt. Die Spannung würde dann weiter für eine Regelung verwendet werden. Was ich nicht machen will, bzw. was zu aufwändig wäre, ist das Signal einer standard Photodiode sehr schnell digital zu samplen (mit einem grossen Oszi) und dann daraus die power abzuleiten (Bei Pulsen von ~6fs ist das Photodiodensignal gerade einmal ein paar hundert ns oder so). Ich brauche etwas Kompakteres und am liebsten vollkommen analog. Ich besitze bereits eine Photodiode (Thorlabs DET100A2) und dachte eventuell an eine Sample-and-hold Schaltung. Jedoch weiss ich nicht, ob ich da die benötigte Genauigkeit bekomme. Habt ihr irgendwelche Ideen für eine Schaltung, die das hinbekommen könnte? In a nutshell: Ich brauche eine genaue powermessung eines gepulsten Laser, die schneller und genauer ist als ein thermisches powermeter, und am besten rein analog. Vielen, vielen Dank für euere Hilfe, Moritz
Du möchtest, aber du hast einen Sack voll mit Problemen! Femtosekunden-Laser, mit niedriger Repetationsrate, und dann Leistung messen wollen, ohne über den thermischen Weg zu gehen, herzlichen Glückwunsch! Zieh dir erstmal die Physik dahinter rein! Defokussierung, Reflektion, Absorbtion, Kapazitäten, Temperatureinflüsse und nicht zuletzt die nicht vorhandene Rückführbarkeit… und das bei 0,1 Prozent!!!! Never! Selbst die PTB schafft bei „normalen“ Lasern gerade mal eine MU von knapp 1%. Ich prophezeie: Das wird nichts!
Beitrag #7859820 wurde vom Autor gelöscht.
1/(6fs) sind 166THz/1.8µm, also bei NIR-UV einige wenige Schwingungsperioden. Edit: Der Beitrag auf den sich das bezogen hatte wurde vom Autor gelöscht...
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Christian E. schrieb: > Edit: Der Beitrag auf den sich das bezogen hatte wurde vom Autor > gelöscht... Hehe, ja wurde er. Aus genau dem von dir genannten Grund. ;-)
Moritz schrieb: > Ich besitze bereits eine Photodiode (Thorlabs DET100A2) und dachte > eventuell an eine Sample-and-hold Schaltung. Jedoch weiss ich nicht, ob > ich da die benötigte Genauigkeit bekomme. Photodioden haben eine Kapazität. Normalerweise stört die, weil sie schnelle Impulse plättet. Aber sie kann auch helfen, diese schnellen Impulse so langsam zu machen dass man sie erfassen kann. Jetzt musst du einen Kompromiss finden zwischen Mittelwertbildung durch eine ggf. extern dazugebaute Kapazität und deiner 100ms Reaktionszeit. Nur durch diese Kapazität verschlechtert sich die Genauigkeit nicht, es kommt nach wie vor dieselbe Ladungsmenge an (ok, dielektische Absorption, sollte vernachlässigbar sein) und Leckströme kann man auch klein halten. Aber: macht man aus dem 6fs Impuls einen mit 6us ist er nur noch 1/1000000 so hoch. Hoffentlich ist der Laser stark genug damit die Genauigkeit noch ausreicht.
Moritz schrieb: > ich habe einen gepulsten laser mit sehr kurzen pulsen (~6fs) und > langsamer repetition-rate (~1kHz), von welchem ich die power messen > möchte. Was meinst du mit "power". Die Leistung während so eines Pulses wirst du kaum messen können, allenfalls die Pulsenergie. Mit einer thermischen Messung bekommst du bei bekannter Wiederholrate die mittlere Pulsenergie.
Christian E. schrieb: > 1/(6fs) sind 166THz/1.8µm, also bei NIR-UV einige wenige > Schwingungsperioden. Und damit ist eine große Bandbreite des Impulses verbunden. Der Wirkungsgrad von Photodioden ist aber wellenlängenabhängig. Wenn es dir nicht gelingt die Form des Impulses genau zu bestimmen, wird es wohl nichts mit 0,1% Fehler.
Danke für euere Antworten. Ich habe an dem Punkt so 16mW an Leistung, also mehr als genug für jede Photodiode. Mit einem (sehr guten) thermischen powermeter bekomme ich eine Genauigkeit von 0.5%, was leider zu wenig ist als auch viel zu langsam. Michael B. schrieb: > Nur durch diese Kapazität verschlechtert sich die Genauigkeit nicht, es > kommt nach wie vor dieselbe Ladungsmenge an (ok, dielektische > Absorption, sollte vernachlässigbar sein) und Leckströme kann man auch > klein halten. Ob ich jetzt die Energie eines einzelnen Pulses oder von ca. 100 Pulsen gemeinsam messe, ist nicht so wichtig. Wenn ich eine Kapazität nehme, kann man die dann aber schnell genug "drainen" für die nächste Messung? Wie würde man so eine Schaltung nennen? Vielleicht komme ich jedoch nicht an einem Boxcar averager vorbei...
Moritz schrieb: > "drainen" Gibt es dafür kein deutsches Wort, dass sich elegant in den Satz einfügt?
Moritz schrieb: > Wenn ich eine Kapazität nehme, > kann man die dann aber schnell genug "drainen" für die nächste Messung? Musst du nicht, man entlädt kontinuierlich über einen Parallelwiderstand.
Viel interessanter ist die Spitzenleistung im Puls. Der letzte Laser, den ich zu Gesicht bekam, der fs-Pulse emmitiert hat, hatte eine Pulsleistung von 4 GW. Den Mittelwert hat niemanden wirklich interessiert.
Moritz schrieb: > Was ich nicht machen will, bzw. was zu aufwändig wäre, ist das Signal > einer standard Photodiode sehr schnell digital zu samplen (mit einem > grossen Oszi) und dann daraus die power abzuleiten (Bei Pulsen von ~6fs > ist das Photodiodensignal gerade einmal ein paar hundert ns oder so). > Ich brauche etwas Kompakteres und am liebsten vollkommen analog. Mit einem Scope misst du im Zeitbereich. Wenn du kurze Pulse mit 1kHz Rep.-Rate hast, dann sind das im Frequenzbereich sehr viele Spektrallinien in 1 kHz Abstand. Du kannst natürlich jetzt hergehen und im Frequenzbereich messen, wenn die Charakteristik der Photodiode bekannt ist und die Pulsform auch und sich nicht ändert, dann reicht es prinzipiell sich eine Spektrallinie heraus zu nehmen (z.B. mit einem Filter) und deren Leistung zu bestimmen und daraus auf die Gesamtleistung zu schließen. Das würde man wohl in weniger als den geforderten 100ms schaffen. Die Forderung nach 0.1% bleibt allerdings trotzdem sportlich.
Bernhard S. schrieb: > Du kannst natürlich jetzt hergehen und im Frequenzbereich messen, wenn > die Charakteristik der Photodiode bekannt ist und die Pulsform auch und > sich nicht ändert Genau da liegt der Knackpunkte. Die Höhe der Spektrallinien und die Breite dieses 1kHz-Kammes hängt von der Pulsform ab. Wenn die Pulsform also nicht genau genug bekannt ist (auf 0.1%) nützt einem die Leistung auf einer willkürlich herausgegriffenen Spektrallinie überhaupt nichts.
Ich habe solche Dinge auch gemacht. Die Photodiode laesst dir schon etwa etwas Leistungsproportionales raus. Welches sicher irgendwie brauchbar ist... in analog. Nicht vergessen, die Diode wandelt nur das Licht um, welche sie auch sieht. Wenn der Fleck neben die Diode wandert, sieht man das so nicht. Ich wuerd den Wert also ueberpruefen. Diese Diode im Strombetrieb laufen lassen, also unter negativer Vorspannung auf einen Transimpedanz Eingang, also den Strommessen mit Buerde Null. So die Theorie. Diese Diode ist im Laser und an einem Koax nehme ich an. Dann kommt halt die Band Breite, die da kommt. Die muss natuerlich weg bevor sie auf die Elektronik kommt. Das ist alles nur noch schlimm. Wir hatten eine 0.5ns Diode und auch Picosekunden Pulse. Da der Eingang auf GND, Gehaeuse liegt, muss die Diode negativ vorgespannt sein. Wie schafft man das mit nur einem Koax. Das Koax muss am Laser ja auch auf GND sein. Egal. Die Diode brachte dann doch etwas mehr Bandbreite wie spezifiziert. Die Bandbreite bedeutet 3dB, weiter oben kommt aber trotzdem etwas. Wie kriegt man die Reflexionen weg... wir hatten einen GHz SMA Eingang, weil wird die Pulse auch verarbeiten wollten. Es ist eine unpassende Idee ein langsamer OpAmp saehe die hohen Frequenzen nicht. Egal wie langsam der OpAmp spezifiziert ist, er sieht sie. Und zwar richten die Nichtlinearitaeten am Verstaerkereingang diese Frequenzen gleich, und es erscheint ein Offset, zeitabhaengiger Offset. Ihr wollt aber nicht die Pumpleistung regeln, sodass die Ausgangsleistung konstant ist ? Ja, kann man machen ... ein Fass nicht ganz ohne Boden, er ist aber tiefer wie auf den ersten Blick erkennbar. Speziell sollte man die Pump Power nicht ausserhalb eines sicheren Bereiches modulieren. Sonst ist die Pumpe schnell kaputt.
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Purzel H. schrieb: > Die Photodiode laesst dir schon etwa etwas Leistungsproportionales raus. Bei einem Puls dieser Dauer ist das Signal der Photodiode erstmal proportional zur PulsENERGIE, dafür sorgt schon die Kapazität der Diode. Bei konstanter Pulsform und konstanter Zeitkonstante des Empfängers, gibt es natürlich dann auch eine irgendwie geartete Proportionalität zur Leistung - welcher eigentlich?
Moritz schrieb: > Ob ich jetzt die Energie eines einzelnen Pulses oder von ca. 100 Pulsen > gemeinsam messe, ist nicht so wichtig. Willst du nun den Verlauf der Leistung oder die mittlere Energie eines einzelnen Impulses messen? Purzel H. schrieb: > Diese Diode ist im Laser und an einem Koax > nehme ich an. Pah! Bei derart abgehobenen Erwartungen und der Präzision im Ausdruck reicht doch ein Steckbrett.
Purzel H. schrieb: > Nicht vergessen, die Diode wandelt nur das Licht um, welche sie auch > sieht. Wenn der Fleck neben die Diode wandert, sieht man das so nicht. Viel schlimmer, Reflektion, Bragg-Wlnkel und Übersteuerung können das Messergebnis verfälschen.
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