{"id":12424,"date":"2020-09-01T14:47:15","date_gmt":"2020-09-01T12:47:15","guid":{"rendered":"https:\/\/www.laserpoint.eu\/high-speed-thermopiles\/"},"modified":"2020-09-01T14:47:15","modified_gmt":"2020-09-01T12:47:15","slug":"high-speed-thermopiles","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.laserpoint.eu\/de\/technologien\/high-speed-thermopiles\/","title":{"rendered":"High speed Thermopiles"},"content":{"rendered":"<div class=\"wpb-content-wrapper\"><p>[vc_row][vc_column width=&#8220;1\/2&#8243;][vc_column_text]<strong>High Speed-Thermopiles f\u00fcr die Blink-Sensorserie<\/strong><\/p>\n<p>Hochgeschwindigkeits-Thermosensoren, die auf dieser neuen, von LaserPoint entwickelten und patentierten Technologie basieren, sind in der Lage, die Energie einzelner Laserpulse mit Wiederholungsfrequenzen bis in den MHz-Bereich zu messen, ebenso wie die Ausgangsleistung von cw-Lasern.<\/p>\n<p>Dar\u00fcber hinaus erm\u00f6glicht es die thermische Beschaffenheit des Sensors in einem Breitbandspektrum von UV bis THz zu arbeiten, sowie die M\u00f6glichkeit, in einem breiten Bereich (10<g id=\"gid_0\">-3<\/g>-10<g id=\"gid_1\">2<\/g> W\/cm<g id=\"gid_2\">2<\/g>) der einfallenden mittleren optischen Leistungsdichten der Laserstrahlung zu arbeiten, ohne dass optische Filter gen\u00f6tigt werden oder andere Vorkehrungen getroffen werden m\u00fcssen.<\/p>\n<p>Thermoelektrische Vorrichtungen werden in zwei verschiedene Gruppen unterteilt: Vorrichtungen, die den standardm\u00e4\u00dfigen longitudinalen thermoelektrischen Effekt nutzen, der an der Verbindungsstelle verschiedener Arten von Materialien induziert wird, und Vorrichtungen, die auf dem Effekt der laserinduzierten Querspannung (LITV) basieren.[\/vc_column_text][\/vc_column][vc_column width=&#8220;1\/2&#8243;][vc_column_text css=&#8220;.vc_custom_1589207048618{padding-top: 50px !important;padding-bottom: 50px !important;}&#8220;]<\/p>\n<div style=\"width: 1200px;\" class=\"wp-video\"><!--[if lt IE 9]><script>document.createElement('video');<\/script><![endif]-->\n<video class=\"wp-video-shortcode\" id=\"video-12424-1\" width=\"1200\" height=\"675\" preload=\"metadata\" controls=\"controls\"><source type=\"video\/mp4\" src=\"https:\/\/www.laserpoint.eu\/wp-content\/uploads\/video_1_mod_09_definitivo-Fiera-Shanghai-2018-Rev1.mp4?_=1\" \/><a href=\"https:\/\/www.laserpoint.eu\/wp-content\/uploads\/video_1_mod_09_definitivo-Fiera-Shanghai-2018-Rev1.mp4\">https:\/\/www.laserpoint.eu\/wp-content\/uploads\/video_1_mod_09_definitivo-Fiera-Shanghai-2018-Rev1.mp4<\/a><\/video><\/div>\n<p>[\/vc_column_text][\/vc_column][\/vc_row][vc_row][vc_column][vc_column_text]Sensoren, die auf dem standardm\u00e4\u00dfigen longitudinalen thermoelektrischen Effekt basieren, werden \u00fcblicherweise unter Verwendung mehrerer elektrisch miteinander verbundener Thermoelemente entworfen, die einen W\u00e4rmefluss axial \u00fcber ein geeignetes Substrat messen k\u00f6nnen. Diese Art von Sensoren, die auf dem thermoelektrischen Effekt basieren, sind eine Weiterentwicklung des \u00fcblichen radialen Thermopile-Designs. Da sie nach einem thermischen Prinzip arbeiten, ist der spektrale Akzeptanzbereich dieser Art von Sensoren immer noch breitbandig. Das thermische Design dieser Art von Sensoren erlaubt jedoch nur relativ langsame Ansprechzeiten (derzeit mehr als 100 ms). Dar\u00fcber hinaus impliziert das Design von mehrfachen axialen Thermoelementen oft eine knappe Abdeckung der aktiven Fl\u00e4che des Sensors.    <\/p>\n<p>Sensoren, die den Effekt der laserinduzierten Transversalspannung (LITV) nutzen, wandeln ebenfalls einen thermischen Gradienten in ein elektrisches Signal um. D\u00fcnne Schichten aus abgeschiedenen geeigneten Materialien k\u00f6nnen eine transversale thermoelektrische Reaktion auf Laserstrahlung zeigen. Das hei\u00dft, wenn ein thermischer Gradient entlang der Normalen zur Schichtoberfl\u00e4che vorhanden ist, wird eine thermoelektrische Reaktion l\u00e4ngs zur Ebene der Schichtoberfl\u00e4che erzeugt. Die Anwendung des LITV-Effekts hat den inh\u00e4renten Vorteil, dass er einen guten Umwandlungswirkungsgrad eines thermischen Signals in eine elektrische Spannung zeigt, w\u00e4hrend er Reaktionszeiten im Nanosekundenbereich aufweist. Ein weiterer Vorteil der auf dem LITV-Effekt basierenden Bauelemente gegen\u00fcber thermoelektrischen Standardbauelementen ist die gleichm\u00e4\u00dfige Abdeckung der aktiven Fl\u00e4che im Vergleich zu einem Design, das auf axial angeordneten Thermoelementen basiert.    <\/p>\n<p>Der Vorteil von Sensoren, die den LITV-Effekt gegen\u00fcber pyroelektrischen Sensoren und Fotodioden f\u00fcr die Laserstrahlungsmessung nutzen, liegt in der Kombination aus einer insgesamt schnellen Ansprechzeit, einer breitbandigen spektralen Akzeptanz, einer hohen S\u00e4ttigungsschwelle f\u00fcr direkte Laserbestrahlung und der M\u00f6glichkeit, sowohl gepulste als auch cw-Laserquellen zu messen.[\/vc_column_text][vc_empty_space][\/vc_column][\/vc_row][vc_row][vc_column width=&#8220;1\/2&#8243;][vc_column_text]<strong>Linearit\u00e4t vs Leistung<\/strong><\/p>\n<p>Die Reaktion des Blink-Sensors unter cw-Laserstrahlung, bis etwa 50 W, ist im Bild unten dargestellt. Die Daten zeigen das Ausgangssignal des Blink-Detektors ohne jegliche Nachlinearisierung. Die aufgetragene Linie zeigt die lineare Anpassung, die die Linearit\u00e4t des Detektors innerhalb des Messbereichs mit einem R-Koeffizienten von 0,9998 quantifiziert. Eine gute Linearit\u00e4t ist entscheidend f\u00fcr die Kalibrierung des Detektors nach seiner Herstellung.[\/vc_column_text][\/vc_column][vc_column width=&#8220;1\/2&#8243;][vc_single_image image=&#8220;2880&#8243; img_size=&#8220;full&#8220; alignment=&#8220;center&#8220;][\/vc_column][\/vc_row][vc_row][vc_column width=&#8220;1\/2&#8243;][vc_column_text]<strong>Linearit\u00e4t der Antwort vs. Pulsenergie<\/strong><\/p>\n<p>Die Reaktion des Detektors auf Pulse mit unterschiedlicher Energie und dauer ist in der Abbildung unten dargestellt. In der gleichen Abbildung ist auch die Unabh\u00e4ngigkeit der Energiemessungen von der Pulsdauer \u03c4P dargestellt, was wiederum die Unabh\u00e4ngigkeit der Messungen von der Leistungsdichte anzeigt. <\/p>\n<p>Die Messung der Energie der einfallenden Pulse EP ist ebenfalls unabh\u00e4ngig von der Spotgr\u00f6\u00dfe und der Energiebereich der detektierten Pulse und reicht von 10 uJ bis zu einigen zehn mJ.[\/vc_column_text][\/vc_column][vc_column width=&#8220;1\/2&#8243;][vc_single_image image=&#8220;2881&#8243; img_size=&#8220;full&#8220; alignment=&#8220;center&#8220;][\/vc_column][\/vc_row][vc_row][vc_column width=&#8220;1\/2&#8243;][vc_column_text]<strong>Reaktionszeit<\/strong><\/p>\n<p>F\u00fcr die Antwortzeit k\u00f6nnen verschiedene Definitionen verwendet werden. Wir verwenden hier die Definition der Ansprechzeit von 0-100% (\u03c4<g id=\"gid_0\">0-100<\/g>), d.h. die Zeit, die der Detektor ben\u00f6tigt, um das Ausgangssignal nach Beendigung des einfallenden Laserpulses wieder auf das Niveau der Grundlinie zu bringen. Diese Definition wurde gew\u00e4hlt, weil f<g id=\"gid_1\">max<\/g> = 1\/\u03c4<g id=\"gid_2\">0-100<\/g> die maximal messbare Frequenz einer Folge von Laserpulsen durch den Detektor definiert.  <\/p>\n<p>Im unteren Bild ist die schnelle Reaktion des Detektors auf eine Folge von Laserpulsen mit einer Pulsdauer von 4ns und einer Wiederholungsrate von 1 MHz dargestellt.[\/vc_column_text][\/vc_column][vc_column width=&#8220;1\/2&#8243;][vc_single_image image=&#8220;2882&#8243; img_size=&#8220;full&#8220; alignment=&#8220;center&#8220;][\/vc_column][\/vc_row][vc_row][vc_column width=&#8220;1\/2&#8243;][vc_column_text]<strong>Optische Reaktion und Zerst\u00f6rschwelle<\/strong><\/p>\n<p>Die thermische Natur des LITV-Effekts erm\u00f6glicht es dem Detektor, in einem breitbandigen Wellenl\u00e4ngenbereich der einfallenden Strahlung zu arbeiten, solange die elektromagnetische Strahlung absorbiert und durch die Absorptionsbeschichtung in W\u00e4rme umgewandelt wird.<\/p>\n<p>Eine wichtige Eigenschaft der Beschichtung ist ihre spektrale Homogenit\u00e4t, die f\u00fcr eine einfache Kalibrierung des Detektors von gro\u00dfer Bedeutung ist. Das optische Reflexionsverm\u00f6gen des Detektors ist im Bild dargestellt. Innerhalb des gesamten Messbereichs, d.h. von 250 nm bis 1100 nm, zeigt die Reflexionskurve ein glattes und insgesamt relativ flaches Verhalten.  <\/p>\n<p>Es wurde festgestellt, dass die Zerst\u00f6rschwelle des Detektors in seiner schnellsten Konfiguration, d.h. mit 1 MHz Bandbreite, gr\u00f6\u00dfer als 30 mJ\/cm2\/Puls f\u00fcr Pulse von 200 ns war.<\/p>\n<p>[\/vc_column_text][\/vc_column][vc_column width=&#8220;1\/2&#8243;][vc_single_image image=&#8220;2883&#8243; img_size=&#8220;full&#8220; alignment=&#8220;center&#8220;][\/vc_column][\/vc_row][vc_row][vc_column][vc_empty_space][vc_custom_heading text=&#8220;Blink Serie &#8211; Allgemeine Absorptionskurven&#8220; use_theme_fonts=&#8220;yes&#8220;][vc_single_image image=&#8220;4188&#8243; img_size=&#8220;large&#8220;][vc_single_image image=&#8220;4189&#8243; img_size=&#8220;large&#8220;][\/vc_column][\/vc_row]<\/p>\n<\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>[vc_row][vc_column width=&#8220;1\/2&#8243;][vc_column_text]High Speed-Thermopiles f\u00fcr die Blink-Sensorserie Hochgeschwindigkeits-Thermosensoren, die auf dieser neuen, von LaserPoint entwickelten und patentierten Technologie basieren, sind in der Lage, die Energie einzelner Laserpulse mit Wiederholungsfrequenzen bis in den MHz-Bereich zu messen, ebenso wie die Ausgangsleistung von cw-Lasern. 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