Ist mein Sensor groß genug oder werden die Flügel abgeschnitten?

Häufig beklagen sich die Anwender von Sensoren zur Laserleistungs- oder Laserenergiemessung, dass die Messergebnisse bei der Nutzung unterschiedlicher Sensortypen schwanken. Das liegt meist daran, dass die beiden Sensoren über zwei unterschiedlich große Aperturen verfügen.

Es genügt nicht einfach, dass die Apertur eines Sensors größer sein muss als der Strahl selbst. „Größer” ist nicht immer “groß genug”. Es kommt auf die genaue Größe an.

Warum ist die Größe entscheidend?

Um das zu verstehen, müssen wir uns in Erinnerung rufen, dass Laserstrahlen nur selten scharfe Kanten haben. Meist trifft man Gauss’ sche oder andere Verteilungen an. Diese Verteilungen lassen sich in der Regel durch lange Flügel mit geringer Intensität beschreiben, die sich weit über die nominale Strahlgröße hinweg ausdehnen (D4s oder 1/e2). Tatsächlich beinhaltet ein Gauss’ scher Strahl nur ungefähr 86% seiner Gesamtleistungen innerhalb des nominalen Strahldurchmessers.

Für andere Strahlprofile kann dieser Prozentwert sogar noch darunter liegen. Deshalb ist es nicht richtig, einen Strahl mit einem Durchmesser von 14 mm mit einem 16 mm großen Sensor zu messen, ganz gleich wie gut der Strahl ausgemittelt wird. Im besten Fall misst der Sensor 93% der tatsächlichen Laserleistung. Mehr als 7 % an den Flügeln werden hingegen schlicht abgeschnitten. Um 99% der Gesamtleistung zu erfassen, muss der Sensor einen effektiven Durchmesser von mindestens 21,2 mm aufweisen und das berücksichtigt keine zusätzlichen Ränder, die im Falle einer nicht optimalen Ausrichtung einkalkuliert werden müssten.

Da jetzt klar ist, warum die Größe so entscheidend ist, wird auch die unterschiedliche Messung zweier Sensoren erklärbar. Sobald eine Sensorfläche nur wenig größer ist als der Strahl, die andere aber wirklich groß genug gewählt wurde, stimmen die Messungen nicht überein.

Eine einfache und sichere Daumenregel ist, dass eine Apertur doppelt so groß sein soll wie der Laserstrahl selbst. Sollte dies nicht praktikabel sein, können Sie mit dem Ophir Kalkulator „Laserleistung durch Apertur (Vignettierung Gauß’scher Strahl)“ schnell ermitteln, welche Größe Sie wählen sollten.