Gentec Électro-Optique fournit une gamme complète de produits pour la mesure d'énergie laser. Ces détecteurs vont du QE4, ultra compact et sensible, aux minces et facilement transportables QE12 et QE25, aux détecteurs à grande ouverture de la série QE50 jusqu'à nos calorimètres de toutes tailles reconnus mondialement. Ayant présenté le tout premier joulemètre pyroélectrique il y a plus de 30 ans, Gentec-EO a une réputation qui n'est plus à refaire dans la mesure d'énergie. Que ce soit pour le laboratoire ou pour une application d'intégration, Gentec-EO a la solution.
Les principes de fonctionnement
En termes simples, une impulsion de lumière est absorbée par la surface du détecteur et cette surface est chauffée. Cela modifie la température dans le matériau pyroélectrique sous-jacent. Les charges électriques dans le matériau pyroélectrique sont séparées et une tension est créée alors que l'impulsion d'énergie thermique traverse le matériau vers un dissipateur de chaleur. Ce dernier absorbe et dissipe l'énergie thermique afin de permettre au pyroélectrique d'être prêt pour la prochaine impulsion et d'empêcher toute surchauffe du détecteur. La tension électrique est le signal proportionnel à l'énergie qui est lue par l'instrument de mesure. La figure 1 illustre la structure de base d'un joulemètre pyroélectrique.
L'absorbeur
Le détecteur est muni d'un absorbeur qui recouvre le côté du matériau pyroélectrique exposé au laser. Ce matériau absorbe la plus grande partie de l'énergie lumineuse provenant du laser et la convertit en chaleur. Une petite portion est réfléchie, cette portion est indiquée sur la courbe de réponse spectrale pour le matériau utilisé. La masse thermique et l'épaisseur de l'absorbeur déterminent la vitesse de transfert de chaleur vers le détecteur pyroélectrique et donc son temps de réponse. On peut augmenter la vitesse du temps de réponse en abaissant l'impédance thermique au moyen d'un absorbeur à masse thermique plus faible ou en réduisant l'épaisseur de l'absorbeur.
Le pyroélectrique
Au coeur de chaque détecteur d'énergie Gentec-EO se trouve un matériau pyroélectrique à réponse rapide. Il agit comme source de courant électrique lorsque soumis à des changements de température de l'absorbeur. Essentiellement, il contient des dipôles électriques permanents orientés dans une direction spécifique. Un changement rapide de température dans le matériau fera varier l'orientation de ces dipôles, changeant le champ électrique interne et déséquilibrant la charge électrique entre les 2 côtés du dispositif. Ces surfaces contiennent de minces électrodes de métal, elles permettent à la charge de s'écouler d'une électrode vers un circuit muni d'une résistance de charge et de retourner vers le cristal par l'autre électrode afin d'éliminer le déséquilibre. Le courant électrique est converti en un signal de tension par la résistance de charge.
La réponse en tension
Il en résulte une impulsion de tension qui s'élève rapidement avec le temps de réponse du dispositif jusqu'à un niveau proportionnel à l'énergie du laser (figure 2). Cette impulsion décroît ensuite de façon exponentielle sur une plus longue période de temps, laquelle est fonction du dispositif pyroélectrique et de l'impédance de charge. La figure 2 montre aussi que le temps de récupération requis pour que le détecteur retourne à son état initial est plus long. Cela est une propriété du phénomène thermique et ne dépend pas de l'impédance de charge comme c'est le cas des temps de montée et de descente. L'énergie impulsionnelle intégrée au cours de cette période est proportionnelle à la tension crête.
La mesure
L'énergie du laser est donnée par la variation de tension divisée par la sensibilité (en volts/joule) du détecteur. La tension mesurée est le changement entre la tension initiale de référence et la tension maximale de l'impulsion. La sensibilité est fournie par Gentec-EO sur un certificat d'étalonnage référencé au NIST. Elle est mesurée avec un très grand soin au moyen d'une énergie laser connue fournie par une référence NIST. Cette sensibilité est associée à la charge d'impédance spécifique demandée. L'usager peut mesurer la tension au moyen d'un oscilloscope ou d'un système d'acquisition de données sur ordinateur et se servir de la valeur de la sensibilité pour calculer l'énergie. Une option encore plus facile est de la lire directement en joules sur un moniteur SOLO.
Robustesse thermique
Le joulemètre prendra des mesures précises même si la température de l'environnement varie ou que le détecteur chauffe, en autant que la tension maximale ne sature pas. Pourquoi ? Parce que c'est la différence entre la tension initiale et la tension crête qui mesure l'énergie impulsionnelle. Cette mesure relative est valide jusqu'à ce que la tension de crête ne puisse plus atteindre sa valeur naturelle parce qu'elle a atteint la tension maximale que le circuit électronique peut fournir.
Impulsion et temps de montée
L'impulsion laser appliquée doit généralement être plus courte que le temps de montée du détecteur pour que toute son énergie soit représentée par la tension de crête. L'énergie impulsionnelle reçue après que la tension du détecteur ait atteint sa crête ne sera pas pleinement intégrée dans cette valeur. Pour des impulsions de très longue durée, la tension de crête représentera en fait la puissance crête plutôt que l'énergie impulsionnelle.
Seuil de dommage
Une énergie impulsionnelle excessive concentrée sur une surface trop petite peut endommager les détecteurs d'énergie. Pour les faisceaux laser les plus exigeants, nous offrons l'absorbeur à large bande MB qui possède les meilleurs seuils d'énergie impulsionnelle et de densité de puissance au monde. La légère décoloration causée par des impulsions courtes provient d'une modification du matériau organique dans l'absorbeur mais cela n'affecte pas l'étalonnage du joulemètre. Si une quantité suffisante du matériau est enlevée par ablation et que l'électrode de métal sous-jacente est exposée, alors la tension de sortie peut être trop affectée pour l'application. Trop de puissance moyenne (c'est-à-dire qui dépasse les spécifications du fabricant) peut faire surchauffer le détecteur. Une contamination sur la surface de l'absorbeur peut perturber les mesures ou endommager le détecteur en concentrant trop d'énergie en un endroit donné. Du gras, de la poussière ou des empreintes digitales représentent quelques contaminants fréquents à éviter.
Des solutions pour tous les besoins
Gentec-EO fournit une base, un poteau optique et un câble avec tous les détecteurs d'énergie et les calorimètres. De plus, ils peuvent tous se terminer tant avec des connecteurs BNC que DB-15. Tous les détecteurs de la série QE viennent avec un connecteur intelligent DB-15 à brancher avec nos moniteurs SOLO, un adaptateur DB-15 à BNC facultatif est disponible afin de se connecter à un oscilloscope. Le connecteur intelligent DB-15 contient un EEPROM contenant les informations de calibration uniques de chaque détecteur, permettant ainsi au SOLO de maximiser la précision.
Atténuateurs pour la série QE
Les atténuateurs QEA et QEAS ont été conçus pour étendre les performances des détecteurs d'énergie dans la gamme spectrale de 400 nm à 2.5 m m pour le QEA et 190 nm à 400 nm pour le QEAS. Selon la longueur d'onde, ils transmettent de 15 % à 20 % de l'énergie incidente au détecteur d'énergie. Le QEA a été testé jusqu'à une densité d'énergie par pulse maximale de 7 J/cm 2 pour des impulsions courtes (7 ns), à une longueur d'onde de 1064 nm. Le QEAS peut endurer jusqu'à 1 J/cm 2 à 266 nm pour des impulsions courtes (7 ns). Ils sont faciles à installer, ils se glissent simplement sur les boîtiers des détecteurs. Les atténuateurs QEA et QEAS peuvent être utilisés avec tous les modèles QE12, QE25 et QE50.
L'amplificateur QE-X (avec SOLO PE seulement)
Utilisez cet amplificateur pour mesurer des niveaux d'énergie encore plus faibles. Le QE-X est un circuit électronique protégé possédant un gain de 10 et conçu pour améliorer le rapport signal/bruit pour le moniteur. L'amplificateur QE-X est compatible avec le SOLO PE et est intégré dans le SOLO 2. Le QE-X se connecte directement entre la tête et le moniteur, ce dernier fournissant la puissance électrique nécessaire à son fonctionnement.
