13.10.2009
Diodenlaser finden zunehmend Anwendung in einer Reihe verschiedenster industrieller Bereiche, so insbesondere als Pumpquellen für Festkörperlaser und für die Materialbearbeitung wie Schweißen von Kunststoffen, Löten und Schweißen von Metallen und Härten von Stahloberflächen. Daher besteht seitens der Hersteller von Laserdioden und Laserleistungsmessgeräten sowie von Anwendern ein steigendes Interesse an einem Mess- und Kalibrierservice für den Wellenlängen- und Leistungsbereich der Diodenlaser im Bereich der Produktionskontrolle, der Standardisierung und der Lasersicherheit sowie an der Rückführung ihrer Messungen auf ein nationales Normal. Im Rahmen eines Forschungsvorhabens mit einem Industriepartner wurden nun die Entwicklung, die Erprobung und die Anwendung von Messmethoden und Transfernormalen für die präzise Messung der Strahlungsleistung von Diodenlasern im Leistungsbereich bis zu 250 W untersucht. Nach Abschluss dieses Projektes können nun Laserleistungsempfänger bei den industrierelevanten Wellenlängen 915 nm, 940 nm und 980 nm mit Leistungen bis zu 25 W und bei 808 nm bis zu 250 W kalibriert werden. Dazu wurde ein Empfängernormal (HLR302) bezüglich spektraler Empfindlichkeit, Leistungsabhängigkeit sowie Empfindlichkeit für verschiedene Strahlquerschnitte (Homogenität) charakterisiert und in die Kalibrierkette für Laserradiometrie eingebracht.
Abb. 1: Kalibrierkette für Laserradiometrie im Bereich der Leistungsmessung von Halbleiterlaserdioden. Der HLR302 besteht aus einem kommerziellen thermischen Absorber, der in ein von der PTB entwickeltes Gehäuse eingebaut ist. Das Gehäuse wird mit Wasser mit einer Temperatur von ca. 20 °C bei einer Durchflussrate von 3,0 l/min gekühlt.
Abb. 2: Schema des HLR302 (links) mit den Anschlüssen für die Messung der Thermospannung und für die elektrische Heizung, Absorbervorderseite (oben, mitte) und Absorberrückseite (oben, rechts), die Thermosäule und die Anschlüsse sind deutlich zu sehen, und Detektor HLR302 im Gehäuse und Halterung (unten). Die spektrale Empfindlichkeit des HLR302 wurde durch Kalibrierung mit dem Normal für kleinere Leistungen im nahen infraroten Spektralbereich (LM6) mit einem Strahlquerschnitt von 6 × 6 mm 2gemessen. Zuvor wurde der Absorptionsgrad für den Absorberkegel von LM6 durch Messung des Reflektionsgrades bei den oben genannten Laserdiodenwellenlängen bestimmt. Für die Strahlquerschnitte 12 × 6 mm 2 und 12 × 12 mm 2 (nur bei 808 nm) wurde durch Kalibrierung der entsprechenden Teilflächen des Absorbers mit dem Strahlquerschnitt von 6 × 6 mm 2 und Berechnung die Empfindlichkeit für die entsprechenden Strahlquerschnitte ermittelt. Der Leistungskoeffizient wurde bis 100 W mittels elektrischer Kalibrierung und zwischen 100 W und 250 W mittels Strahlungskalibrierung mit einem Normal für höhere Laserleistungen bestimmt. Die Messunsicherheitsanalyse beinhaltet die Unsicherheitsbeiträge seitens des Empfängernormals LM6 (Empfindlichkeit, Spannungsmessung, Absorption, Inhomogenität, Leistungs- und Temperaturkorrektur), die Unsicherheitsbeiträge des neuen Empfängernormals HLR302 (Spannungsmessung, Leistungskorrekturfaktor) sowie der statistischen Unsicherheit der Kalibrierung. Als Standardmessunsicherheit für den HLR302 ergibt sich 0,2 % für den Wellenlängenbereich zwischen 800 nm und 1000 nm und den Leistungsbereich zwischen 2 W und 250 W. Durch diese Erweiterung des Dienstleistungsangebotes untermauert die PTB ihre weltweit führende Rolle in der Laserradiometrie. | ||||||||
Literatur: [1] F. Brandt, S. Kück, A. Grütz: "Measurement of multi-Watt laser power of diode laser radiation in the near infrared", 10th International Conference on New Developments and Applications in Optical Radiometry (NEWRAD 2008), 13 – 16 October 2008, <st1:place><st1:city>Daejeon</st1:city>, <st1:country-region>South Korea</st1:country-region></st1:place> | ||||||||
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