Seit kurzem erweitert der PD300RM-UVA die Produktfamilie der Sensoren für Bestrahlungsstärke und Dosierung von Ophir. Der entscheidende Vorteil: Im Vergleich zu den bisherigen Sensoren lassen sich damit auch breitbandige Lichtquellen oder Lichtquellen mit unbekannter Wellenlänge messen. Dieser Blogbeitrag erläutert die Herausforderungen bei der Messung, zeigt die Lösung und beschreibt den Sensoraufbau.
Betrachten wir zunächst das Sensordesign: Eine 2,75 mm Apertur ermöglicht es, die Verteilung der Bestrahlungsstärke divergenter Strahlen gleichmäßiger abzubilden. Zudem lassen sich damit höhere Bestrahlungsstärken und Dosierungen messen (bis zu 15 W/cm2) wie mit den Vorgängermodellen. Aufgrund der einzigartigen Geometrie des Diffusors entspricht die Cosinuskorrektur des neuen Sensor anderen Produkten mit deutlich größeren Aperturen.
Der Sensor ist nicht wie die anderen Sensoren der Produktfamilie schwarz eloxiert, sondern zeigt sich in der ursprünglichen Metallfarbe, um so die Lichtabsorption im Sensorgehäuse zu reduzieren. Er verfügt darüber hinaus über ein UV-resistentes Kabel, das den Sensorkopf mit einem der unterstützen Ophir Anzeigegeräte verbindet (z.B. StarLite, Juno+).
Konzentrieren wir uns jetzt auf die zentrale Funktion des neuen Sensors: die flache spektrale Empfindlichkeit im Wellenlängenbereich von 350 bis 450 nm. Warum ist genau das so wichtig? Sensoren für Bestrahlungsstärke und Dosierung basieren typischerweise auf Photodioden als Licht-absorbierendes Element.
Die Empfindlichkeit einer Photodiode ändert sich als Funktion der Wellenlänge des einfallenden Lichts. Um die Leistung oder Bestrahlungsstärke präzise zu messen, muss der Anwender die entsprechende Wellenlänge des Lichts zunächst im Anzeigegerät eingeben, um eine kalibrierte Messung zu erhalten.
Aber was passiert, wenn die genaue Wellenlänge nicht bekannt ist oder sich aufgrund der thermischer Verschiebungen verändert? Noch mehr Probleme entstehen, wenn breitbandige Lichtquellen wie LEDs gemessen werden, die Halbwertsbreite von 10-20nm aufweisen. In diesem Fall charakterisiert nicht nur eine Wellenlänge das Lichtspektrum, so dass die Bestrahlungsstärke mit regulären Sensoren nicht gemessen werden kann.
Wir stimmen also überein, dass es Anwendungen gibt, die eine präzise Messung der Bestrahlungsstärke erfordern, ohne die genauen Eigenschaften des Lichts zu kennen. Wenden wir uns jetzt der Lösung zu: Da das Problem durch die Empfindlichkeitskurve der Photodiode entsteht, fügen wir ein weiteres optisches Element hinzu, um das allgemeine Empfindlichkeit des Sensors abzuflachen.
Wir stellen damit sicher, dass das elektrische Ausgangssignal der Photodiode nicht von der Wellenlänge des Lichts abhängt. Infolgedessen müssen wir die Wellenlänge selbst nicht kennen, um die Licht präzise zu messen. Das optische Element, das vom Ophir Team für diese Anwendung entwickelt wurde, ist ein individueller Filter mit einzigartigen Transmissionseigenschaften, die umgekehrt proportional sind zur Empfindlichkeitskurve der Photodiode.
Platziert man diesen im Sensor, erhält man eine flache spektrale Empfindlichkeit im Wellenlängenbereich von 350 – 450 nm. Um diese Flachheit weiter zu optimieren, teilten wir den Bereich in zwei: UV (350-400 nm) und VIS (400-450 nm), die einfach im angeschlossenen Anzeigegerät gewählt werden. Damit lassen sich breitbandige Lichtquellen mit dem neuen Sensor einfach und schnell messen und selbst unterschiedliche Lichtquellen können gleichzeitig gemessen werden.
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