激光观察卡 Laser viewing cards

2023-02-06 10:13:23 浏览:324

定义

用于可视化非可见光谱区域中的激光束的卡片。

当在不可见光谱区域(即红外光或紫外线)中使用激光束时,通常必须有某种方法使光束位置和光束轮廓可见。 一种低成本的方法是使用激光观察卡,也称为红外传感器卡或检测卡。 这种工具通常由信用卡大小或更大的塑料(例如聚酯)制成,具有光敏区域,当它被特定波长区域的激光击中时会发出可见光(或在某些情况下改变其颜色)。 因此,可以跟踪激光束的路径并检查它是否在所需位置击中光学元件。

然而,使用如此简单的工具几乎不可能判断光束强度分布和光束直径,部分原因是材料内部的高度非线性检测特性和散射。 (通常,如果激光功率增加,观察到的光斑看起来更大。 为此,人们可以使用红外观察器(在红外光的情况下),但价格要贵得多。

传感器卡的工作原理

激光观察卡可以基于非常不同的操作原理,这些原理将在以下部分中讨论,并导致非常不同的使用特性。

磷光

尽管红外光的光子能量太低,无法直接产生可见荧光(上转换过程除外),但它可以触发磷光的发射。

近红外波长区域最常见的传感器卡(例如用于使用YAG激光器)包含某种荧光粉。 在使用之前,荧光粉必须通过可见光(即阳光或人造光)照明来“充电”。 然后,材料产生低水平的磷光(余辉),几乎无法识别。 然而,当被红外光击中时,材料会更快地释放充电过程中储存的能量,并且可以用肉眼看到被照亮的斑点(通常是橙色)。 这种视觉印象只持续到储存的能量耗尽;然后需要为卡充电,或者只是将激光光斑移动到另一个尚未使用的位置。

根据所使用的荧光粉,具有良好灵敏度的波长区域可以更窄或更宽。 制造商指定的波长范围通常包括灵敏度实际上非常低的区域,而灵敏度的引用数字通常适用于具有最大灵敏度的波长。 在理想条件下(最佳波长区域,用明亮的可见光为卡充电后的短期使用),一些卡允许检测几μW/cm量级的红外强度2,而在其他情况下,需要多个 mW/cm2.

上转换荧光

有稀土掺杂材料可以将红外辐射上转换到可见光区域。 此类材料在使用前不需要任何充电。 然而,上转换过程需要更高的光学强度,即这种卡的灵敏度要低得多。 (实际上,使用脉冲光可以更好。

直接产生荧光

紫外光激光观察卡可以直接产生可见荧光,使用前不需要任何充电。 由于此类过程可能非常有效,因此获得的灵敏度通常相当高。 在某些情况下,还存在大量的磷光,可能持续几分钟。

热致变色材料

热致变色工作原理可以在非常宽的波长区域工作。

特别适用于中红外光谱区域,可提供热致变色检测卡。 它们含有一种材料(例如液晶膜或含有某些颜料的材料),当加热到高温时会改变其颜色。 根据材料的类型,颜色可能会发生变化,例如从绿色到棕色或黑色,或从深色变为白色。

这种工作原理意味着激光强度必须足够高(例如高于100 mW/cm2),使当地温度升高了几十开尔文。 另一方面,激光强度不应高得多,否则材料可能会被破坏。 因此,可用动态范围相当小 - 通常在损伤阈值和最小可检测强度之间小于10。

可见斑点一直存在,直到材料再次冷却。 例如,通过将卡压在某些很酷的金属部件上可以加速该过程。 如果环境温度过高,可能无法使用这种卡。

热致变色工作原理的一个优点是它在非常宽的波长范围内工作,因为只需要足够高的激光吸收即可实现温升。 然而,对于较短的波长,其他卡(例如基于磷光)通常是首选,因为它们具有更高的灵敏度和更大的动态范围。

实践方面

激光观察卡通常在反射模式下使用,即在激光束击中卡的同一侧观察产生的可见光。 然而,一些卡也可用于传输,即在另一侧观察。 用于传输的灵敏度通常较低。

在某些情况下,传感器卡包含不同的光敏区域,例如不同的波长区域或不同的灵敏度。

传感器卡通常也适用于可见光,但在这种情况下,通常比简单地使用一张纸(例如,作为散射表面)没有优势。

将反射工具放入激光束中可能很危险!

请注意,部分入射激光功率可能会被传感器卡的顶面反射,这可能会导致在没有激光安全眼镜的情况下工作时的安全隐患,因为激光可能会指向眼睛。

大多数检测卡只是用手握住或可能固定在某个夹子中,但也有专门用于安装在标准光学柱中的卡。 将传感器卡安装在固定位置当然不太适合需要充电的卡;人们宁愿移动这样的卡片以使用其活动区域的不同点。

相关设备

还有可用作红外探测器的感光陶瓷盘。 这种磁盘可以安装在环中,有时带有附加手柄。 在其他情况下,光敏荧光粉沉积在玻璃或粘合箔上。

光学器件

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