Revolutionerande metod för optisk effektmätning

Revolutionerande metod för optisk effektmätning
Lasrarav alla typer och intensiteter finns överallt, från pekare för ögonkirurgi till ljusstrålar till metaller som används för att skära klädtyger och många produkter. De används i skrivare, datalagring ochoptisk kommunikation; Tillverkningstillämpningar såsom svetsning; Militära vapen och räckviddsmätning; Medicinsk utrustning; Det finns många andra tillämpningar. Ju viktigare rollen som spelarlaser, desto mer brådskande är behovet av att exakt kalibrera dess effekt.
Traditionella tekniker för att mäta lasereffekt kräver en anordning som kan absorbera all energi i strålen som värme. Genom att mäta temperaturförändringen kan forskarna beräkna laserns effekt.
Men fram till nu har det inte funnits något sätt att noggrant mäta lasereffekt i realtid under tillverkning, till exempel när en laser skär eller smälter ett föremål. Utan denna information kan vissa tillverkare behöva lägga mer tid och pengar på att utvärdera om deras delar uppfyller tillverkningsspecifikationerna efter produktionen.
Strålningstryck löser detta problem. Ljus har ingen massa, men det har rörelsemängd, vilket ger det en kraft när det träffar ett objekt. Kraften från en laserstråle på 1 kilowatt (kW) är liten, men märkbar – ungefär lika tung som ett sandkorn. Forskare har utvecklat en revolutionerande teknik för att mäta stora och små mängder ljuskraft genom att detektera strålningstrycket som ljus utövar på en spegel. Strålningsmanometer (RPPM) är utformad för högeffektsmätning.ljuskällormed hjälp av en högprecisionsvåg i laboratoriet med speglar som kan reflektera 99,999 % av ljuset. När laserstrålen studsar mot spegeln registrerar vågen det tryck den utövar. Kraftmätningen omvandlas sedan till en effektmätning.
Ju högre laserstrålens effekt är, desto större blir reflektorns förskjutning. Genom att exakt detektera denna förskjutning kan forskare noggrant mäta strålens effekt. Den involverade spänningen kan vara mycket minimal. En superstark stråle på 100 kilowatt utövar en kraft i intervallet 68 milligram. Noggrann mätning av strålningstryck vid mycket lägre effekt kräver mycket komplex design och ständigt förbättrad teknik. Nu erbjuder den ursprungliga RPPM-designen för lasrar med högre effekt. Samtidigt utvecklar forskargruppen ett nästa generations instrument som heter Beam Box, som kommer att förbättra RPPM genom enkla online-lasereffektmätningar och utöka detektionsområdet till lägre effekt. En annan teknik som utvecklats i tidiga prototyper är Smart Mirror, som ytterligare kommer att minska mätarens storlek och ge möjlighet att detektera mycket små mängder effekt. Så småningom kommer den att utöka noggranna strålningstryckmätningar till nivåer som tillämpas av radiovågor eller mikrovågsstrålar som för närvarande saknar förmågan att mäta exakt.
Högre lasereffekt mäts vanligtvis genom att rikta strålen mot en viss mängd cirkulerande vatten och detektera en temperaturökning. De inblandade tankarna kan vara stora och portabilitet är ett problem. Kalibrering kräver vanligtvis laseröverföring till ett standardlaboratorium. En annan olycklig nackdel: detektionsinstrumentet riskerar att skadas av laserstrålen det ska mäta. Olika strålningstrycksmodeller kan eliminera dessa problem och möjliggöra noggranna effektmätningar på användarens plats.