Experimente mit selbstgebauten Lasern (eBook)

6 Messtechnik (S. 207-208)

Die wichtigsten Parameter eines Laserstrahls sind 1. Leistung/Energie 2. Pulsdauer 3. Wellenlänge Daneben gibt es natürlich noch weitere Eigenschaften wie Kohärenzlänge, Kohärenzdauer, spektrale Breite etc., die hier aber nicht behandelt werden.

6.1 Messung der Leistung und Energie

Einer der wichtigsten Parameter, die Ausgangsleistung, ist leider auch am schwersten zu messen, da geeichte, teure Messköpfe notwendig sind. Die später beschriebenen Detektoren eignen sich nur für vergleichende Messungen mit Lasern bekannter Leistung. Allerdings ist die auf den meisten Lasern im Warnhinweis angegebene Leistung die maximale und nicht die wirklich emittierte. Bei stärkeren Lasern kann eine kaloriemetrische Messung angewandt werden. Mit einem CO2-Laser kann man Wasser in einem Thermogefäß erwärmen und aus dem Temperaturanstieg die vom Wasser absorbierte Leistung bestimmen, ab etwa einem Watt funktioniert das recht ordentlich. Eine empfindlichere Messung arbeitet mit einem Heißleiter.

Der Heißleiter wird thermisch an einen Widerstand gekoppelt. Wird der Widerstand mit einer bekannten Leistung geheizt, kann der sich mit der Temperatur ändernde Widerstand des Heißleiters gemessen und eine Eichkurve aufgestellt werden. Um eine hohe Stabilität und Empfindlichkeit zu erreichen, verwendet man am besten eine Brückenschaltung mit zwei identischen Heißleitern, von denen nur einer bestrahlt wird. Beide Sensoren befinden sich in einer Box, um sie vor Zugluft zu schützen.

Der bestrahlte Sensor muss geschwärzt sein, um möglichst alle auftreffende Strahlung zu absorbieren. Die Differenzspannung zwischen beiden Heißleitern wird mit einem Instrumentenverstärker gemessen. Bei einiger Sorgfalt und Geduld kann man mit dieser Schaltung Leistungen im Milliwattbereich messen. Die Reaktionszeit ist allerdings mit einigen Sekunden sehr lange. Wird die Ausgangsspannung der Schaltung über einen AD-Wandler im PC gespeichert, ist es möglich, die immer vorhandene Drift der Sensoren zu berücksichtigen. Anhand der im PC aufgezeichneten Spannungs-/Zeit-Kurve kann man auch die Energie eines Impulses bestimmen.

Für eine absolute Leistungsmessung muss der Sensor aber erst mit dem Heizwiderstand kalibriert werden. Dazu werden Ströme verschiedener Stärke durch den Heizwiderstand geschickt und die zugehörige Ausgangsspannung der Schaltung registriert. Nach Subtraktion der Offsetspannung trägt man die Messwerte in einem doppellogarithmischen Diagramm auf und erhält die Eichgerade. Die Testmessung zeigt, dass die Empfindlichkeit ausreicht, einen schwachen HeNe-Laser zu detektieren. Die im Folgenden beschriebenen Detektoren sind nur für Relativmessungen geeignet. Dabei ist zu beachten, dass der Vergleichsstrahler auch die gleiche spektrale Zusammensetzung aufweisen muss wie der zu messende Strahler.