Laserphotodetector ausmessen

[jokakilla]

Moin!
Ich hab mir bei Ebay mal auf verdacht nen Laserphotodetector ersteigert.
Für 3€ und ein paar zerquetschte kann man nich viel falsch machen dachte ich mir.

10x10mm Photocell on machined pvc holder.

Silicon, sensitive for 400-1100nm light. The cell is connected with a shielded cable to the connector.
Overall dimensions 18x18x32mm
Used to measure and track laser power. The sensitive area is at a slant angle to avoid back-reflections into a laser.

Used, tested OK, what you see is what you get.

Ich hab kein Datenblatt darum habe ich einfach mal probiert ein Amperemeter und einen Vorwiderstand anzuschließen und den Strom zu beobachten.


Bei einem Noname pointer unbekannter Leistung flossen 120µA.
Zwei Module von Picotronic habe ich noch ausgemessen.
Leistungsangaben laut Hersteller:

10mW 650nm 0,8mrad Divergenz. Gemessen: 150µA

13mW 532nm 0,5mrad Divergenz. Gemessen 155µA

Ich freu mich ja schon das ich relative aussagen über die Leistung treffen kann. Hat aber zufällig jemand eine Idee wie man auf absolute Werte kommen kann? Überhaupt möglich ohne Datenblatt? Achja hab schon ein wenig mit URI und PUI rumgerechnet aber da komm ich auf keine realistischen Werte. Vorwiderstand 2kOhm.

[tschosef]

Halli hallo....


is das ne Solarzelle?

eifachste Leistungsmessung: Mit Laser mit bekannter Leistung (am besten vergleichen mit anständigem Leistungsmessgerät) "einstellen"

ich kenn das so:

paralell zur Solarzelle ein Poti (als Last). An dem Poti die Spannung messen (in mV)... jetzt mit poti so einstellen, dass zB bei 10 mw 10mV gemessen werden... das geht für kleine laser einigermaßen gut. Ähnliches gibt es in Ebay öffters mal komplett in einem Multimeter verbaut.

ABER ACHTUNG!!!!

diese Teile gehen zwar für verschiedene wellenlängen, ABER je nach wellenlänge unterschiedlich gut. Bei Rot wird IMMER MEHR angezeigt als bei grün..... bei blau noch weniger.

deswegen muss man bei einem üblichen Leistungsmessgerät entweder die Wellenlänge einstellen (quasi das poti verdrehen ... oder eben mit mikrocontroler noch luxuriöser) ODER man muss den Wert den man abliest noch umrechnen, je nach wellenlänge.

daher werden die billigen EBAY Multimeter mit "Solarzelle" auch nur für eine bestimmte wellenlänge angeboten.

viele Grüße
Erich

[wler]

paralell zur Solarzelle ein Poti (als Last). An dem Poti die Spannung messen (in mV)... jetzt mit poti so einstellen, dass zB bei 10 mw 10mV gemessen werden.

Eine Spannngsmessung wird immer eine nichtlineare Charakteristik haben; dh wenn man dann 20mV misst, bedeuted das nicht, dass man 20mW hat. Als mindestes muss man eine Strommessung vornehmen, denn die ist wenigstens im Prinzip linear (der Photostrom geht linear mit der Leistung, nicht die Spannung). Also eher einen Serienwiderstand nehmen... aber am besten gar keinen, denn am besten ist es, wenn die Last null Ohm hat. Deswegen sollte man einen sog Transimpedsanzverstaerker (dh einen Strom-Spannungswandler) anschliessen (geht einfach mit einem Op Amp).

Und selbst dann ist die Genauigkeit beschraekt - Photodioden und Solarzellen werden ab ein paar mW/cm2 nichtlinear und gehen in die Saettigung. Aus dem Grund gibt es auch keine professionellen Leistungsmesser mit Halbleiterdetektoren, welche fuer mehr als ein paar mW gedacht sind; fuer hoehere Leistungen wird immer ein Abschwaecher verwendet (der natuerlich selber geeicht werden muss und weitere Unsicherheit ins Spiel bringt).

Ich freu mich ja schon das ich relative aussagen über die Leistung treffen kann. Hat aber zufällig jemand eine Idee wie man auf absolute Werte kommen kann?

Es gibt praktisch keine Moeglichkeit, ohne groesseren Aufwand Leistungmessungen vorzunehmen, die genauer als sagen wir 50% waeren. Auch gruene LEDs kann man komplett vergessen.

Wie tschosef schon sagt, geht das nur ueber eine Kalibrierung mit einem anderen Leistungsmesser; und das fuer jede Wellenlaenge separat. Und selbst dann muss man sehr sorgfaeltig vorgehen, um besser als sagen wir mal 10% zu kommen.

[tschosef]

hai hai...

jou jou....

Als mindestes muss man eine Strommessung vornehmen, denn die ist wenigstens im Prinzip linear (der Photostrom geht linear mit der Leistung, nicht die Spannung).

man könnte es ja so sehen: die Spannung an einem Widerstand ist proportional zum strom der durchfließt R= U/I ==> also könnte man nun meinen, wenn ich U am Widerstand messe hab ich ne aussage über den strom der ja "annähernd "Linear" sein sollte.



Klar is das keine Methode irgendwelche genauen Aussagen zur Leistung zu geben. Es genügt für einen vergleich.... es taugt zum feßtstellen ob der laser nach diversen justierarbeiten mehr oder weniger leistung hat...

Ich habs halt mal so gemacht, und es ging so einiermaßen (Hausnummern) man konnte zumindest sagen, ob der Aufbau nun etwa 10-20 mw hat, oder grob 50 oder ungefähr 100 mw... Hab das mit nem Leistungsmessgerät verglichen... das ging so weit einigermaßen.

Ich wollte auch nur wissen ob es heller wird oder nicht, denn mit dem Auge is das nicht oder nur sehr schlech zu beurteilen.

viele grüße
Erich

[wler]

man könnte es ja so sehen: die Spannung an einem Widerstand ist proportional zum strom der durchfließt R= U/I ==> also könnte man nun meinen, wenn ich U am Widerstand messe hab ich ne aussage über den strom der ja "annähernd "Linear" sein sollte.
Erich

Die Spannung ueber dem Lastwiderstand und der Strom durch den Lastwiderstand haengen natuerlich uber das Ohmsche Gesetz zusammen. Die Frage ist aber, wie die Abhaengigkeit von Strom/Spannung von der eingestrahlten Leistung ist.

Und von der Physik der Photodiode her ist es eben so, dass nur der Strom (wenn der Lastwiderstand 0 ist) linear mit der Leistung geht, die Spannung (bei Lastwiderstand unendlich) aber im wesentlichen logarithmisch. Und wenn der Lastwiderstand irgendetwas zwischen 0 und unendlich ist, ist die Abhaengigkeit von der Leistung irgendetwas zwischen linear und logarithmisch. Deswegen sollte man eben mit einem moeglichst niederohmigen Strommesser an eine Photodiode herangehen.

[tschosef]

hai hai...


ok ok... sind argumente...

[ense]

Hallo,

wieso nehmt ihr nicht einfach ne normale Silizium-Fotodiode und betreibt diese "reversed"? Das heißt: Spannung dran und Strommesser dazwischen -> Strom ist dann proportional zur eingestrahlen Leistung. Die ermittelte Leistung rechnet man dann einfach mit der rel. spektralen Empfindlichkeit um. Somit hab ich alle meine Laser vermessen und da bekommt man wirklich Werte, die Fehler <50% haben.

mfg
Enrico

[jokakilla]

Das hört sich ja alles recht kompliziert an. Sehe ich das jetzt richtig, dass ich diese Schaltung aufbauen müsste:



und dort zwischen dem - vom operationsverstärker und der Masse meine Photozelle hängen müsste? Wie müsste ich denn R dimensionieren? Und was für einen OP brauche ich? Gibts da unterschiedliche?

Hm aber selbst dann wäre das wohl sinnlos weil ich niemanden kenne der ein "richtiges" Messgerät als Referenz hat.

Schade, aber naja...

Auf jeden Fall danke für die Beiträge!

[wler]

Das hört sich ja alles recht kompliziert an. Sehe ich das jetzt richtig, dass ich diese Schaltung aufbauen müsste:
..

Genau! Und da es bei Leistungsmessung nicht auf eine hohe Verstaerkung etc ankommt, kann man eigentlich jeden Opamp nehmen. Der Wert des Widerstands bestimmt, vieviel Volt output man for pro mA Photostrom haben will, dh R=U/I. Eine Photodiode hat typischerweise 0.1-0.8mA/mW, je nach Typ und Wellenlaenge, also mit R=1K hat man dann etwa 0.1-0.8 V/mW. Passend dimensionierte Schaltungen findet man bei Sam's Laser FAQ. Fuer viel mehr als 1mW taugen aber Photodioden eh nicht. Und wenn man eine etwas bessere Genaugigkeit haben will, muss man kalibrieren.

Wenn Du willst, kannst Du mir den Detektor schicken, dann kalibriere ich Dir Den fuer ein paar Laser-Wellenlaengen mit ein paar Prozent Genauigkeit.

[jokakilla]

Das wäre super nett!
Den Schaltplan hab ich bei Sams Laser faq irgendwie nicht gefunden. Wenn ich den hätte könnte ich die Schaltung sicherlich auch selbst auf nem Stück lochraster aufbauen. Wie machst du das mit dem Kalibrieren? Setzt man da einfach nen Poti für R ein? Wobei damit verändert man ja nur das Strom/Spannung Verhältnis.

[wler]

Das wäre super nett!
Den Schaltplan hab ich bei Sams Laser faq irgendwie nicht gefunden. Wenn ich den hätte könnte ich die Schaltung sicherlich auch selbst auf nem Stück lochraster aufbauen. Wie machst du das mit dem Kalibrieren? Setzt man da einfach nen Poti für R ein? Wobei damit verändert man ja nur das Strom/Spannung Verhältnis.

Ja, einfach nur ein Poti. Schau mal unter
http://www.repairfaq.org/sam/laserioi.htm#ioisg1

Ansonsten, sende mir einfach eine PM fuer Addresse etc!

[franklin]

sorry..aber ich verstehe den zweck der ganzen aktion nicht. als normaler anwender braucht man doch nur relative werte...wenn ich einen blauen dpss auf temp halten will und die tec einstelle juckt mich der absolute wert ja nicht. der interessiert mich ja nur wenn ich das geraffel verkaufe - aber welcher käufer interessiert sich schon für messwerte aus selbstgebauten leistungssmessern?

also braucht man normalerweise diese ganze linearisierung nicht, hautpsache man erkennt den größten wert am multimeter.

[steve]

Hallo,

Ich beschäftige mich gerade mit dem Abstrahlverhalten von Lasern und Lampen, d.h. ich untersuche, wie sich die Intensität der Strahlung mit dem Abstand verändert. Ich wollte dazu einfach ein Amperemeter an die beiden Kontake einer Diode anklemmen und den Strom messen, der durch die auftreffende Strahlung fließt. Es geht dabei nur um relative Werte. Ich habe jetzt schon mehrfach gesehen, dass man das über einen Widerstand im Stromkreis gemacht hat, an dem man dann den Spannungsabfall misst. Hat diese Art der Messung irgendeinen Grund, oder wieso verwendet man nicht einfach ein Amperemeter zur Strommessung?
Wenn ich das richtig in Erinnerung habe ist doch der Strom linear zur Lichtintensität.

Ein weiteres Problem ist, dass ich über die verwendete Diode keine Informationen habe. Lässt sich irgendwie feststellen, ob ich mich bei Lasereinstrahlung (1mW) schon im Sättigungsbereich der Diode befinde bzw. bis zu welcher Lichtintensität sich der Strom linear zur Lichtintensität verhält?

Steve

[wler]

Hi, ja immer den Strom (dh niederohmig) an einer Photodiode messen, nie Spannung. Alles andere ist Unsinn; ersterer ist linear, zweitere dagegen eher logarithmisch.

In Bezug auf Saettigung... 1mW ist schon in der Groessenordnung. Ich wuerde da noch einen 10:1, oder OD1, Abschwaecher davormachen. Jedenfalls kommt es eher auf die Leistungsdichte und weniger auf die Gesamtleistung an. Dh ein fast punktfoermiger Strahl geraet eher in die Saettigung. Das ist das fuer normale Photodioden recht universell. Also so etwa 0.2-0.6mA/mW und Saettigung bei einigen mA/cm^2 bzw mW/cm^2, wobei das recht mit der Wellenlaenge schwankt.

[steve]

Also einfach Amperemeter an die beiden Kontakte und gut? Ich frag mich nur, wieso das z.T. so umständlich gemacht wurde.
Sättigung erkenne ich doch vermutlich daran, dass der Strom nicht mehr ansteigt, obwohl ich die Lichtintensität erhöhe. Ich hab bei meinem Laser einen Strom von 113microA gemessen. konnte aber mit anderen Lampen Ströme bis zu 180 microA messen. Kann ich dann davon ausgehen, dass ich micht nicht im Sättigungsbereich befinde und der Strom unter 150 microA linear zur Intensität der einfallenden Strahlung steigt? >Gibts sonst irgendeine Möglichkeit den Sättigungsbereich zu messen?
Mit dem Abschwächer gehe ich wahrscheinlich auf Nummer sicher und befinde mich in Bereichen, wo ich keine Sättigung zu erwarten habe, oder?

[afrob]

Ganz so einfach ist es dann doch nicht: auch in Sättigung steigt der Strom noch an, aber eben nicht mehr linear zur Intensität.
Die o.g. komplizierte(?) Schaltung hat den Vorteil, dass an der Diode exakt eine Spannung von 0V anliegt, wodurch die Nichtlinearitäten des Photovoltischen Modus ziemlich wegfallen. Das Amperemeter ist übrigens auch ein Widerstand, auch wenn "Amperemeter" draufsteht.

Grüsse,
afrob