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Thorlabs 優(yōu)化低光信號(hào)測量的幾個(gè)初始步驟

來源:森泉(上海)光電科技有限公司   2022年12月27日 10:31  

優(yōu)化低光信號(hào)測量的幾個(gè)初始步驟

原創(chuàng) insights Thorlabs索雷博 2022-12-21 12:00 發(fā)表于上海


測量低功率光信號(hào)時(shí),通過以下方法可優(yōu)化測量結(jié)果:


盡量減小環(huán)境光,比如關(guān)燈

防止反射和散射光進(jìn)入探頭

確保光斑處于探頭有源區(qū)

設(shè)置表頭的 zui,動(dòng)態(tài)范圍

在環(huán)境光條件下使用歸零功能


完成這些初始步驟可以減小功率測量誤差、確保探頭始終測量到完整光束的功率、并針對(duì)實(shí)驗(yàn)條件完成 zui,的表頭參數(shù)設(shè)置。

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測量功率需要探頭&表頭


環(huán)境光

除了光學(xué)系統(tǒng)中的光束,其它來源的光都是環(huán)境光。室內(nèi)燈光通常是環(huán)境光的 zui,主要 來源,但也有一部分來自顯示屏和儀器的LED指示燈。環(huán)境光之所以會(huì)干擾測量結(jié)果,這是因?yàn)殡S著操作人員的移動(dòng)、指示燈的閃爍和顯示屏的變化,環(huán)境光都可能變化。


環(huán)境光可能使功率讀數(shù)虛高、干擾低功率信號(hào)的探測或使探頭飽和。探頭飽和后將輸出接近或達(dá)到 zui,高 水平的信號(hào),并且對(duì)超額的入射光要么不響應(yīng),要么響應(yīng)很差。如果環(huán)境光功率雖然不會(huì)使探頭飽和,但又遠(yuǎn)高于光信號(hào)功率,這樣探頭也可能無法探測到信號(hào)。


為了減小環(huán)境光,我們可以關(guān)閉室內(nèi)燈光、將裝置安裝在不透光的罩殼中、遮蓋顯示屏或使之背對(duì)探頭、關(guān)閉LED或用黑色膠帶遮擋LED,諸如此類。如下圖所示,在探頭前端加一個(gè)透鏡套筒也能 you,效 地阻擋環(huán)境光。3034569bfab213ea7466a9f1d11e6b37.jpg


雜散光

系統(tǒng)中的光束可能發(fā)射散射、折射或衍射,從而產(chǎn)生雜散光。由于雜散光可能和不同的光學(xué)元件發(fā)生多次相互作用,還可能和主光路重疊,因此預(yù)測并阻擋雜散光一般比較難。雜散光對(duì)信號(hào)測量的影響和環(huán)境光差不多。


阻擋雜散光的 zui,方法取決于光束軌跡和裝置。和主光路不重合的雜散光是 zui,好 xiao,除 的。光束以小角度入射時(shí)能使反射光偏離主光路,但這種方法只適合對(duì)光學(xué)元件非正入射不敏感的應(yīng)用。
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楔形窗口片的反射光

與入射光不共線


當(dāng)信號(hào)光和雜散光的夾角較大時(shí),在探頭上安裝一個(gè)透鏡套筒能阻擋雜散光。如果角度較小,在探頭前加一個(gè)光闌可阻擋雜散光但透過信號(hào)光。另一種方法是把探頭移到更遠(yuǎn)的地方。距離越遠(yuǎn),信號(hào)光和雜散光分隔越大,這樣雜散光要么無法入射到探頭上,要么在功率測量結(jié)果中的占比可被忽略。


探頭和光束的重合度

如果光束直徑超出探頭有源區(qū),信號(hào)功率的測量值將低于實(shí)際值。需要注意的是,高斯光束一般采用1/e2直徑,其中只包含約86%的光束功率,而包含99%功率需要1.5倍于1/e2直徑的光束直徑。


在理想情況下,光束要打在探頭有源區(qū)的中心,否則更容易產(chǎn)生測量誤差。比如使用反射式中性密度濾光片時(shí),前表面散射將使光束直徑變大,這樣光斑更容易超出有源區(qū),所以入射角 zui,小于3度。因?yàn)樘筋^在光斑偏出時(shí)仍能測到功率,我們可能無法立即發(fā)現(xiàn)問題。因此,在測量前要檢查光束是否打在有源區(qū)內(nèi)。

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正確的角度                     偏差的角度


如果光束在測量過程中是不 wan,靜止,那么光束可能有時(shí)處于有源區(qū)內(nèi),有時(shí)超出有源區(qū)。例如,繞光軸旋轉(zhuǎn)光學(xué)組件時(shí)光斑就可能偏移。對(duì)于非正入射的光學(xué)元件表面尤其要注意這個(gè)問題。大面積探頭可能更適合運(yùn)動(dòng)的光斑。
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光束方向因?yàn)楣鈱W(xué)元件旋轉(zhuǎn)而改變,可能導(dǎo)致測量誤差。


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由于入射光方向變化,光斑有時(shí)會(huì)偏出左側(cè)探頭的有源區(qū),但一直處于右側(cè)探頭的有源區(qū)。


探頭的動(dòng)態(tài)范圍

探頭動(dòng)態(tài)范圍是指它能測量的入射光功率范圍,而信號(hào)功率 bi,須 處于探頭的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)才能得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果。


探頭可探測的 zui,小 光功率水平取決于本底噪聲,即,在探頭沒有光入射時(shí)表頭報(bào)告的信號(hào)功率。此信號(hào)來自整個(gè)探測系統(tǒng)中的噪聲,包括探頭、表頭、電纜、放大器、濾波器等等。探頭對(duì)入射信號(hào)的響應(yīng)只有超過噪聲時(shí)才能探測到信號(hào)。信號(hào)越弱,信噪比越低。當(dāng)信號(hào)響應(yīng)接近本底噪聲時(shí),測量準(zhǔn)確度可能很差。


功率探頭 zhi,的 zui,入射功率規(guī)格一般低于飽和強(qiáng)度。使用探頭時(shí)建議入射功率要遠(yuǎn)低于飽和強(qiáng)度閾值,因?yàn)榻咏撝禃r(shí),探頭響應(yīng)將變成非線性,并可能使測量值偏低,所以實(shí)際的光束功率可能超過功率限制而導(dǎo)致問題。當(dāng)入射功率高于飽和強(qiáng)度時(shí),測量讀數(shù)通常會(huì)在某個(gè) zui,值保持不變。檢查飽和的一種方法是稍微增加信號(hào)功率,如果讀數(shù)不變或變化遠(yuǎn)小于預(yù)期,則探頭可能已經(jīng)飽和。


表頭的歸零

設(shè)置表頭的歸零時(shí),擋住光源但不要擋住探頭。我們可以在測量光路中放一個(gè)光擋,但它的位置不能太靠近探頭,使探頭暴露在全部的環(huán)境光中。這樣在設(shè)置歸零后,環(huán)境光功率就會(huì)從測量結(jié)果中被減去。


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