Обеспечение стабильности мощности лазера
Данная статья посвящена повторяющейся концепции стабильности мощности лазера, которая имеет решающее значение для лучшего понимания, когда необходимо оптимизировать текущую или будущую настройку с использованием детекторов Gentec-EO.
Стабильность лазера – это идея, которая, как правило, больше ассоциируется с лазерами непрерывного действия (CW). Поэтому в статье большее внимание будет уделено лазерам этого типа, в частности, но большинство пунктов, обсуждаемых ниже, также применимы и к импульсным лазерам. В последнем разделе этой статьи собраны концепции, относящиеся к применению импульсных лазеров.
Понимание стабильности лазерной энергии
Стабильность мощности лазера – это любой показатель, который позволяет оператору лазерной системы оценить, насколько стабильна мощность лазера. Нет никакого настоящего формального определения, основанного на единицах измерения или универсальной математической функции в этом отношении. Обычно оператор имеет собственное представление о том, что делает лазер достаточно стабильным для конкретного применения.
Стабильность мощности лазера сама по себе является важной характеристикой, которую следует учитывать в большинстве, если не во всех приложениях, поскольку она напрямую влияет на контроль качества любого процесса, в котором используется лазерный источник. Например, монтажники лазерных систем в промышленных условиях не хотели бы, чтобы мощность лазерного источника была слишком далека от указанного значения, потому что это не только отрицательно повлияет на использование конечным пользователем, но и потребует много времени для поддержки и помощи клиентам. Некоторые приложения, требующие очень точных уровней мощности, также потребуют особенно стабильной выходной мощности лазера для обеспечения качества и стабильности.
Обсуждаемые ниже концепции помогут найти лучший способ обеспечить надлежащую стабильность мощности лазера с помощью детектора Gentec-EO.
Основной шаг, который не требует детектора Gentec-EO
Важно из первых рук понять, что датчик мощности Gentec-EO действительно может дать показатели стабильности мощности лазера, но большая часть работы по обеспечению стабильности будет выполняться на самом лазере.
В конце концов, лазерное излучение достигается за счет вынужденного излучения фотонов, так что реальных естественных источников лазерного излучения нет. Физический принцип, лежащий в основе излучения лазера определенной длины волны, имеет тенденцию отличаться от принципа излучения другой длины волны. В общем, среда, генерирующая лазерное излучение, будь то газ или кристалл, должна постоянно контролироваться, в противном случае следует ожидать нарушения стабильности лазера.
Самый простой шаг – убедиться, что перед использованием лазер должным образом прогрет.
Это хорошо известный факт, о котором операторы лазеров часто забывают. Можно ожидать значительной разницы в измерении мощности между моментом включения лазера и десятками минут спустя. Это не обязательно то первое, что появится в руководстве к новому лазерному источнику, поэтому по понятным причинам этот шаг легко пропустить, при первом включении лазера.
Упражнение по статистике и философии
Каждый лазерный источник и детектор мощности лазера имеют набор свойств (то есть спецификации), которые определяют, что можно сделать со стабильностью мощности лазера.
Производители лазеров часто указывают стабильность мощности как часть своих спецификаций. Важно узнать у производителя точное значение для этого параметра, но для всех практических целей известно, что это относится к максимальным относительным колебаниям мощности, которые следует наблюдать с течением времени.
Теперь у детекторов мощности Gentec-EO есть параметр, который тесно связан со стабильностью мощности излучения: повторяемость.
Повторяемость – это свойство, которое относится к тому, насколько может варьироваться измерение мощности при многократном измерении теоретического «идеально стабильного» лазерного пучка (т. е. значение мощности лазера постоянно остается неизменным во времени) с использованием одного и того же детектора Gentec-EO. Это может стать немного философским занятием, потому что нет такого совершенного лазерного источника (к сожалению), поэтому повторяемость можно оценить только в строго контролируемых лазерных установках.
Это тот момент, когда можно ошибочно предположить что-то либо о лазере, либо о детекторе Gentec-EO, либо даже о том и другом. Два вышеперечисленных свойства лазера и / или детекторов нельзя складывать или умножать. Это случайные ошибки (т. е. Случайные вариации). В отличие от систематических ошибок, невозможно количественно оценить, насколько они в настоящее время влияют на измерения. Просто нужно смириться с тем фактом, что «они просто есть».
В общем, это означает, что определенный уровень наблюдаемых флуктуаций мощности лазера, которые эквивалентны утверждению, что лазер нестабилен, не может быть полностью отнесен к самому лазеру или детектору. Эти флуктуации могут быть прямым проявлением свойств, присущих лазерной установке, и не могут быть систематически определены количественно.
Нетипичное руководство, но важное для понимания
Некоторые рекомендации все еще необходимо соблюдать, прежде чем можно будет свести проблему к фундаментальному уровню неопределенности в отношении лазерного источника или детектора.
Во-первых, как сказано выше, лазерный источник должен быть правильно и тщательно прогрет перед использованием. Нередко для этого может потребоваться от 20 до 30 минут.
Во-вторых, лазер всегда следует использовать в одних и тех же условиях окружающей среды. Сюда включены не только температура окружающей среды и механизмы охлаждения, но и идея о том, что все шаги перед использованием лазера будут одинаковы. Сюда включены время прогрева, а также уровни мощности, длина волны и т. д.
В-третьих, необходимо принять во внимание неописуемые флуктуации, которые могут наблюдаться и которые присущи лазерному источнику и детекторам, которые называются случайными ошибками. Как правило, детектор, особенно от Gentec-EO, склонен к меньшим колебаниям (при условии, что идеальный лазер может позволить это охарактеризовать), чем лазерный источник, при условии, что идеальный детектор может позволить это охарактеризовать. В числовом выражении это происходит из-за того, что детектор мощности лазера имеет лучшую повторяемость, чем указанная стабильность мощности лазерного источника. В этой статье не упоминается линейность по мощности: это происходит из-за того, что действительно существует наблюдаемая дополнительная ошибка в измерении мощности, выдаваемой детектором при проверке на разных уровнях мощности, но это фактически корректируется автоматически, когда он используется вместе с измерителем Gentec-EO. Из этого следует вывод, что не стоит беспокоиться о линейности.
В-четвертых, всегда следует проверять стабильность мощности в течение длительного периода времени. Колебания мощности обычно происходят из-за факторов окружающей среды или конструкции, поэтому они обязательно проявятся лучше, если на некоторое время их отпустить.
В-пятых, следует эффективно использовать статистическую функцию счетчиков Gentec-EO. Система измерения мощности и энергии MAESTRO имеет интерфейс статистики, который отслеживает полезную информацию, такую как стабильность среднеквадратичного значения (RMS), стабильность от пика до пика и стандартное отклонение. Математические последствия этих параметров выходят за рамки этой статьи, но они по-своему оценивают стабильность лазера. Определенно в интересах большинства пользователей привыкнуть к этим параметрам, чтобы полностью оптимизировать использование измерителей Gentec-EO и лучше настроить их лазеры, чтобы сузить круг возможных причин нестабильности лазера.
Колебания энергии лазера
Стабильность энергии лазера – это отдельный предмет, который требует обсуждения.
Здесь представляет интерес понятие стабильности от пика до пика. В некоторых лазерных приложениях может потребоваться, чтобы каждый единичный импульс импульсного лазера не выходил за пределы определенного диапазона. Ярким примером такого приложения является LiDAR. Эта технология исследует окружающую среду, чтобы получить информацию о ней, когда критически важно иметь правильные измерения, например, в беспилотных автомобилях. Сверхбыстрый джоульметр, Маch 6, является удивительным решением для таких лазеров, поскольку он включает в себя точную электронику, которая может собирать информацию от импульса к импульсу сверхбыстрых лазеров. В этом конкретном примере программное обеспечение Mach 6 дает визуальную информацию о стабильности от пика до пика, чтобы помочь оператору быстро оценить стабильность лазерного источника.
Большинство концепций, рассмотренных выше, также применимы к счетчикам энергии, вплоть до того, что можно было бы рассмотреть возможность использования детектора мощности в определенных импульсных приложениях. В предыдущем примере было предположено, что была использована информация об отдельных импульсах, но для некоторых применений импульсного лазера требуется, чтобы пользователь знал только о стабильности лазера в течение длительных периодов времени. Когда межимпульсный мониторинг не требуется, следует просто использовать детектор мощности, поскольку импульсные лазеры в конце концов вырабатывают среднюю мощность. Это также очень удобно, если хочется более простого в использовании решения.
