解決脈衝光束低功率雷射測量結果不一致的問題

有時，為解決某一測量難題而設計的方案，在完全不同的應用中卻能派上用場。

當時，一位客戶帶著一個低功率光學測量裝置的問題來找我們。他們正在開發一套專有系統，該系統包含一個用於生成視訊影像的小螢幕。他們的目標是測量螢幕發出的總光功率。

他們根據功率等級和波長，使用了基於PD300光電二極體的功率感測器和Vega功率計。起初，這看起來像是一個簡單的低功率測量。

但這些讀數毫無意義。

測量挑戰

客戶注意到，不同的功率範圍會產生截然不同的結果。例如：

• 在300 µW 量程下，讀數為160 µW
• 在3 mW 量程下，讀數為428 µW

雖然沒有明確的「超出範圍」警告，但讀數之間的差異清楚地表明出了問題。

隱藏因素：60 Hz 光柵掃描波束

螢幕影像是使用基於光柵掃描的標準視訊格式產生的。

在這種系統中，連續波雷射光束沿著直線掃描，形成影像的一行。然後光束變暗，快速回到起始位置（比起始位置低一個刻度），開始掃描下一行。這個過程不斷重複，直到形成完整的矩形圖像。

雖然光源是基於連續波雷射的，但光柵掃描視訊格式意味著被測量的光實際上是以60 Hz 的頻率脈衝式運動的。

為什麼標準功率測量方法難以奏效

使用標準感測器和儀表測量光功率時，儀表會以設定的速率對感測器訊號進行取樣。 Ophir 儀表的取樣頻率為15 Hz。

當測量頻率範圍相近的低功率脈衝光束時，這可能會帶來挑戰。對於基於光電二極體的感測器而言，其物理響應速度足以追蹤脈衝訊號，但多種因素會影響讀數，包括：

• 光束脈衝頻率與儀表取樣頻率之間的拍頻。
• 脈衝期間的瞬時飽和
• 距離相關的測量行為

這就是為什麼客戶在不同的功率範圍內會看到不一致的讀數。

解決方案：低頻功率模式

為了應對這種測量挑戰，Ophir 開發了低頻功率模式，該模式得到了多款Ophir 儀表的支援。

使用相同的光電二極體感測器重複了出現問題的測量，但這次使用的是在低頻功率模式下運行的「 Centauri 」儀表。

結果顯示測量性能穩定準確。

問題解決了。

重點總結

當低功率光源出現讀數不一致的情況時，問題可能不在於感測器或儀表。光源本身可能以某種頻率脈衝工作，該頻率與儀表的取樣率發生衝突。

對於低功率、緩慢脈衝的光束（尤其是在使用光電二極體感測器時），低頻功率模式可以提供正確的測量方法。

常問問題

為什麼雷射功率讀數會隨測量範圍的變化而變化？

一個可能的原因是訊號源是脈衝式的，感測器訊號會與儀表的取樣率產生相互作用。這會導致測量結果隨量程變化，尤其是在使用快速光電二極體感測器時。其他因素也可能影響不同量程之間的讀數，但在本例中，脈衝式訊號是關鍵問題。

低頻功率模式是做什麼用的？

低頻功率模式用於更準確地測量低頻脈衝或調製光訊號，尤其是在標準功率測量產生不穩定或不一致的讀數時。

連續波雷射能否像脈衝光源一樣運作？

是的。在光柵掃描顯示器等系統中，連續波雷射可以有效地像脈衝或調製光源一樣工作，因為光束會以確定的幀速率進行掃描、調暗和刷新。