Laserové technologie v praxi II. Cvičeníč.1

Transkript

1 Laserové technologie v praxi II. Cvičeníč.1 Měření ztrát na optických prvcích laseru KLS Hana Chmelíčková, SLO UP a FZÚ AVČR Olomouc, 2011

2 1) Měření výkonu a energie laseru Teoretická hodnota v manuálu: např. pro U = 250 V a t = 1 ms je E teoret. = 2,7 J Údaj na displeji ovládacího panelu laseru nebo monitoru PC, měřeno mezi výstupním zrcadlem rezonátoru a závěrkou : E rezonátor = 2,7 J, pokles energie upozorní na konec životnosti výbojky nebo rozladění rezonátoru Energie na povrchu materiálu: E materiál =? vliv ztrát na optických prvcích vedení laserového svazku z rezonátoru k povrchu materiálu ( expander svazku, 0 % odrazné rovinné zrcadlo, fokusačníčočka a ochranné sklíčko) pokles pod hodnotu garantovanou výrobcem upozorní na znečištěné povrchy optických prvků Měření výkonu a energie laseru: a) Při výrobě přístroje pro optimalizaci výkonu a kvality svazku b) U laserů bez integrovaného měřiče pro informaci a kontrolu funkce c) U laserů s integrovaným měřičem pro kontrolu funkce, určení ztrát Výrobce např.:

3 a) Termoelektrický senzor 2 ) Druhy senzorů Prstenec z termočlánků Obvodové chlazení (tepelná jímka) Dopadající svazek na absorpční disk Princip: TS = Inverzní Peltierův chladič (tepelný gradient mezi vnitřní a vnější plochou disku vyvolá potenciál, naměřený proud je úměrný tepelnému toku Seebeckův jev) Konstrukce detekčních hlav odpovídá výkonu laseru (pasivní až vodní chlazení) a průměru svazku (velikost apertury)

4 b) Pyroelektrický detektor 2 ) Druhy senzorů Je tvořen ferroelektrickými krystaly FE (vykazují polarizaci elektrického pole v závislosti na teplotě) např. lithium tantalát LiTa Princip : absorpce záření způsobí růst teploty FE krystalu změna magnitudy elektrické polarizace v krystalu vznik a měření potenciálu po odeznění pulsu vyrovnání napětí Vhodné pro pulsní lasery s délkou pulsu od 0,45 ms do 4 ms, frekvence až 00 Hz

5 c) Čtecí konzola Analogové nebo digitální zobrazení hodnot. Jedna konzola lze použít pro více detekčních hlav. Samostatný box nebo PC. Sběr dat na USB disk, přenos dat sítí. 2 ) Druhy senzorů

6 d) Specifikace měřiče výkonu 2 ) Druhy senzorů - Spektrální odezva úzko až širokopásmové detektory - Průměr svazku - apertura detektoru o 30 % větší, eventuelně úprava optickými prvky, nikdy neměřit v ohnisku! - Výběr vhodného měřicího rozsahu výkonů u kontinuálních laserů - Požadované délce expoziční doby musí odpovídat chlazení detektoru! - Vhodný měřicí rozsah energií u pulsních laserů a průměrného výkonu podle maximální frekvence pulsu - Limity poškození závisí na délce pulsu (manuál LaserMate P) Q e (J/cm 2 ) =.t(ms) -1/2

7 3) Měření ztrát na optických prvcích laseru KLS Použitý měřič výkonu: výrobní označení LaserMate P Coherent, pyroelektrický detektor + analogováčtecí konzola s digitálním displejem,, maximální přípustné hodnoty Energie pulsu E = 0,5 mj J, frekvence f max = 50 Hz, průměrný výkon P av = W Tabulka přípustných kombinací limitních hodnot: E(J) 0,0005 0,005 0,05 0,1 0,5 1 5 f(hz) P(W) 0,025 0,25 2,5 2

8 3) Měření ztrát na optických prvcích laseru KLS Katalogová specifikace měřiče LaserMate P

9 3) Měření ztrát na optických prvcích laseru KLS Panel čtecí konzoly 300 mj/ W 1.0 J/ W 3.0 J/ W J/ W 3 mj/ 0,3 W mj/ 1 W 30 mj/ 3 W 0 mj/ W ON OFF CLEAR BAT CHECK FREQ - AV POWER - PULSE RECEIVED

10 3) Měření ztrát na optických prvcích laseru KLS Návod na použití měřiče výkonu LaserMate P

11 3) Měření ztrát na optických prvcích laseru KLS Bezpečnostní limity pro délky pulsu laseru KLS, spadající do rozsahu měřiče výkonu LaserMate P 12 hustota energie [J/cm2] ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 delka pulsu [ms]

12 3) Měření ztrát na optických prvcích laseru KLS Výpočet limitní hodnoty energie pro zvolenou délku pulsu a průměr defokusovaného svazku: (D = 11,6 mm, BPP = 22 mm.mrad, z = 0 mm) t [ms] Q e [J/cm 2 ] D [mm] S [cm 2 ] E (J) 0,3 5,477 11,6 1, , úkol: zjistěte ztráty na optických prvcích laseru KLS pro hodnot energií pulsu v bezpečném rozsahu od 0 mj do 00 mj, délku pulsu t = 0,3 ms a frekvenci pulsu 5 Hz, za modelového použití znečištěného ochranného sklíčka 2. úkol: opakujte měření po výměně ochranného sklíčka, porovnejte získané výsledky monitor E (mj) f(hz) P(W) konzola E1(mJ) Ztráty 1 konzola E2(mJ) Ztráty , % %