优化低光信号测量的几个初始步骤
原创 insights Thorlabs索雷博 2022-12-21 12:00 发表于上海
测量低功率光信号时，通过以下方法可优化测量结果：
尽量减小环境光，比如关灯
防止反射和散射光进入探头
确保光斑处于探头有源区
设置表头的 总线,佳 动态范围
在环境光条件下使用归零功能
完成这些初始步骤可以减小功率测量误差、确保探头始终测量到完整光束的功率、并针对实验条件完成 总线,佳 的表头参数设置。
测量功率需要探头&表头
环境光
除了光学系统中的光束，其它来源的光都是环境光。室内灯光通常是环境光的 总线,主要 来源，但也有一部分来自显示屏和仪器的LED指示灯。环境光之所以会干扰测量结果，这是因为随着操作人员的移动、指示灯的闪烁和显示屏的变化，环境光都可能变化。
环境光可能使功率读数虚高、干扰低功率信号的探测或使探头饱和。探头饱和后将输出接近或达到 总线,高 水平的信号，并且对额的入射光要么不响应，要么响应很差。如果环境光功率虽然不会使探头饱和，但又远高于光信号功率，这样探头也可能无法探测到信号。
为了减小环境光，我们可以关闭室内灯光、将装置安装在不透光的罩壳中、遮盖显示屏或使之背对探头、关闭LED或用黑色胶带遮挡LED，诸如此类。如下图所示，在探头前端加一个透镜套筒也能 you,效 地阻挡环境光。
杂散光
系统中的光束可能发射散射、折射或衍射，从而产生杂散光。由于杂散光可能和不同的光学元件发生多次相互作用，还可能和主光路重叠，因此预测并阻挡杂散光一般比较难。杂散光对信号测量的影响和环境光差不多。
阻挡杂散光的 总线,佳 方法取决于光束轨迹和装置。和主光路不重合的杂散光是 总线,好 xiao,除 的。光束以小角度入射时能使反射光偏离主光路，但这种方法只适合对光学元件非正入射不敏感的应用。
楔形窗口片的反射光
与入射光不共线
当信号光和杂散光的夹角较大时，在探头上安装一个透镜套筒能阻挡杂散光。如果角度较小，在探头前加一个光阑可阻挡杂散光但透过信号光。另一种方法是把探头移到更远的地方。距离越远，信号光和杂散光分隔越大，这样杂散光要么无法入射到探头上，要么在功率测量结果中的占比可被忽略。
探头和光束的重合度
如果光束直径出探头有源区，信号功率的测量值将低于实际值。需要注意的是，高斯光束一般采用1/e²直径，其中只包含约86%的光束功率，而包含99%功率需要1.5倍于1/e²直径的光束直径。
在理想情况下，光束要打在探头有源区的中心，否则更容易产生测量误差。比如使用反射式中性密度滤光片时，前表面散射将使光束直径变大，这样光斑更容易出有源区，所以入射角 总线,好 小于3度。因为探头在光斑偏出时仍能测到功率，我们可能无法立即发现问题。因此，在测量前要检查光束是否打在有源区内。
正确的角度 偏差的角度
如果光束在测量过程中是不 wan,全 静止，那么光束可能有时处于有源区内，有时出有源区。例如，绕光轴旋转光学组件时光斑就可能偏移。对于非正入射的光学元件表面尤其要注意这个问题。大面积探头可能更适合运动的光斑。
光束方向因为光学元件旋转而改变，可能导致测量误差。
由于入射光方向变化，光斑有时会偏出左侧探头的有源区，但一直处于右侧探头的有源区。
探头的动态范围
探头动态范围是指它能测量的入射光功率范围，而信号功率 bi,须 处于探头的动态范围内才能得到准确的测量结果。
探头可探测的 总线,小 光功率水平取决于本底噪声，即，在探头没有光入射时表头报告的信号功率。此信号来自整个探测系统中的噪声，包括探头、表头、电缆、放大器、滤波器等等。探头对入射信号的响应只有过噪声时才能探测到信号。信号越弱，信噪比越低。当信号响应接近本底噪声时，测量准确度可能很差。
功率探头 zhi,定 的 总线,大 入射功率规格一般低于饱和强度。使用探头时建议入射功率要远低于饱和强度阈值，因为接近阈值时，探头响应将变成非线性，并可能使测量值偏低，所以实际的光束功率可能过功率限制而导致问题。当入射功率高于饱和强度时，测量读数通常会在某个 总线,大 值保持不变。检查饱和的一种方法是稍微增加信号功率，如果读数不变或变化远小于预期，则探头可能已经饱和。
表头的归零
设置表头的归零时，挡住光源但不要挡住探头。我们可以在测量光路中放一个光挡，但它的位置不能太靠近探头，使探头暴露在全部的环境光中。这样在设置归零后，环境光功率就会从测量结果中被减去。
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