Uri Power Sensor
breitbandiges THz-Leistungsmessgerät, flach 0.5–12 THz
Ein breitbandiges pyroelektrisches Leistungsmessgerät mit einer Auflösung unter 1 nW/√Hz. Ein Lithiumtantalat-Element mit schwarzem Breitbandabsorber hinter einem Siliziumfenster reagiert auf absorbierte Watt unabhängig von der Photonenenergie, sodass ein einziger Kalibrierfaktor das gesamte flache Band von 0.5 bis 12 THz abdeckt. Der Analogausgang ist SMA oder BNC, für ein Oszilloskop oder einen Lock-in-Verstärker. Ein digitaler ADC-Ausgang ist auf Anfrage erhältlich.
- Es sind zwei verschiedene Frequenzen im Spiel — die Chopper-Frequenz (im Normalbetrieb 10–15 Hz) und die Frequenz des gemessenen Lichts (0.1–20 THz). Alle spektralen Angaben hier gelten bei fest eingestellten 15 Hz.
- Innerhalb des Plateaus von 0.5–12 THz gilt ein einziger Kalibrierfaktor; für eine Breitbandquelle, die vollständig darin liegt, ist keine spektrale Korrektur nötig.
- Die untere Grenzfrequenz wird von Ihrer Fokussieroptik bestimmt, nicht vom Detektor — engere Fokussierung gewinnt sie zurück.
- Die Senke bei 18 THz stammt vom Siliziumfenster und lässt sich nicht wegfokussieren.
- Analogausgang: SMA / BNC, an ein Oszilloskop oder einen Lock-in-Verstärker.
- Digitalausgang: ADC auf Anfrage erhältlich.
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Ein thermischer Detektor, ein Watt bleibt ein Watt — Das Element unterscheidet nicht, welches Photon die Energie geliefert hat, sondern nur, dass sie absorbiert wurde. Deshalb ist die Empfindlichkeit über einen so weiten Bereich flach, und deshalb wird der Kurvenverlauf allein davon bestimmt, was das Element erreicht und welcher Anteil davon absorbiert wird, und nicht von einer Eigenschaft des Sensormaterials.
Zwei Frequenzen, nicht eine — Sie zu verwechseln ist das häufigste Missverständnis einer pyroelektrischen Spezifikation. Die Chopper-Frequenz bestimmt, wie schnell das thermische Signal moduliert wird; sie ist die Achse der Tabelle der relativen Empfindlichkeit weiter unten und der Grund, weshalb aus 85 kV/W bei 10 Hz 66 kV/W bei 15 Hz werden. Die Strahlungsfrequenz ist die Farbe des gemessenen Lichts und die Achse der Spektraltabelle. Beide haben nichts miteinander zu tun.
Das Plateau nutzen — Zwischen etwa 0.5 und 12 THz ist die Empfindlichkeit auf wenige Prozent konstant. Eine einzige Zahl deckt den gesamten Bereich ab, was den Messkopf für Breitbandquellen praktisch macht. Ausserhalb dieses Bereichs gibt es zwei Korrekturen, die sich unterschiedlich verhalten: der Abfall zu tiefen Frequenzen lässt sich durch engere Fokussierung zurückgewinnen, die Fenstersenke bei 18 THz nicht.
Die Fokussiergeometrie muss angegeben werden — Das Uri2-Element misst 2.0 mm hinter einer Apertur von 5.0 mm, und bei 0.1 THz beträgt die Wellenlänge 3.0 mm, mehr als das Element selbst. Eine untere Grenzfrequenz ohne Angabe der Fokussiergeometrie ist bedeutungslos: derselbe Kopf erreicht 0.15 THz mit f/1-Optik und nur 0.6 THz mit f/4. Uri8 mit einem 8-mm-Element verschiebt diese Grenze deutlich nach unten.
Schmalbandige Quellen und das Fenster — Ein planparalleles Fenster ist ein Fabry-Pérot-Etalon. Eine Breitbandquelle mittelt über viele Fringes und sieht die inkohärente Transmission von 0.539; eine kohärente schmalbandige Quelle kann überall zwischen 0.29 und 1.00 liegen, während sie den Fringe-Abstand von 88 GHz durchläuft. Für schmalbandige Messungen ist die Fenstertransmission keine einzelne Zahl.
- ▸ Die spektralen Empfindlichkeitswerte mit Fenster sind für das 2 × 2 mm grosse Element hinter dem Standard-Siliziumfenster bei 15 Hz Chopper-Frequenz berechnet. Der Kennwert von 85 kV/W gilt ohne Fenster bei 10 Hz gegen einen 500-K-Schwarzkörper.
- ▸ Die geometrische Einkopplung ist eine Eigenschaft der Schnittstelle zwischen Ihrem Strahl und dem Element, nicht des Detektors. Die unten angegebenen Grenzfrequenzen setzen einen beugungsbegrenzten Fokus auf das 2-mm-Element voraus.
- ▸ Das Fenster ist als reines hochohmiges Silizium mit nominal 0.5 mm modelliert. Eine Antireflexbeschichtung oder ein Infrarot-Bandpass an seiner Stelle verändert jeden Absolutwert.
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| Empfindlichkeit | < 1 nW/sq(Hz) |
|---|---|
| Analogausgang | SMA / BNC |
| Digitalausgang | ADC auf Anfrage |
| Sensorapertur | Uri2: 2 mm × 2 mm · Uri8: 8 mm × 8 mm |
| Spektrale Empfindlichkeit | 0.1 bis 350 THz (Element) · 0.1 bis 20 THz mit Fenster |
| Flaches Band | 0.5 bis 12 THz, innerhalb weniger % |
| Sensorelement | Lithiumtantalat + schwarzer Absorber |
| Fenster | Silizium, hochohmig, Float-Zone |
| Eintrittsapertur | 5.0 mm Durchmesser (Uri2) |
| Responsivität | 85 kV/W bei 10 Hz, ohne Fenster · 35.6 kV/W bei 15 Hz, mit Fenster |
| NEP (10 Hz) | < 1 nW/√Hz |
| Thermische Zeitkonstante | 150 ms |
| Versorgungsspannung | Zwei Batterien |
| Betriebstemperatur | −20 to 80 °C |
| Ausgang | SMA |
| Modulation | Optionaler Shutter |
| Detektortyp | Pyroelektrisch, Stromsteuerung |
| Pyroelektrisches Material | Lithiumtantalat (LiTaO₃) |
| Aktive Fläche | 2.0 × 2.0 mm (Uri2) · 8.0 × 8.0 mm (Uri8) |
| Absorberschicht | Schwarze Breitbandbeschichtung |
| Eintrittsapertur | 5.0 mm Durchmesser (Uri2) |
| Rückkoppelwiderstand | 100 GΩ |
| Rückkoppelkondensator | 0.2 pF |
| Thermische Zeitkonstante | 150 ms (1.06 Hz) |
| Elektrische Zeitkonstante | 20 ms (7.96 Hz) |
| 1 Hz | 65 % | 79.7 | 43.0 |
| 2.9 Hz (Maximum) | 100 % | 122.3 | 65.9 |
| 3 Hz | 93 % | 114.2 | 61.6 |
| 7 Hz | 82 % | 100.0 | 53.9 |
| 10 Hz | 70 % | 85.0 | 45.8 |
| 15 Hz | 54 % | 65.9 | 35.5 |
| 20 Hz | 43 % | 53.1 | 28.6 |
| 50 Hz | 19 % | 23.4 | 12.6 |
| 100 Hz | 9 % | 11.5 | 6.2 |
Die relative Empfindlichkeit ist auf ihr eigenes Maximum normiert, das bei 2.9 Hz zwischen dem thermischen und dem elektrischen Pol liegt. Unterhalb 1 Hz steigt sie linear, oberhalb 8 Hz fällt sie mit 1/f. Die Werte mit Fenster schliessen das Siliziumfenster ein.
| 0.1 THz | 3.00 mm | 0.539 | 0.16 | 35.6 | 5.7 |
| 0.2 THz | 1.50 mm | 0.539 | 0.50 | 35.6 | 17.9 |
| 0.3 THz | 1.00 mm | 0.539 | 0.79 | 35.6 | 28.2 |
| 0.5 THz | 0.60 mm | 0.539 | 0.99 | 35.6 | 35.1 |
| 1.0 THz | 0.30 mm | 0.539 | 1.00 | 35.6 | 35.6 |
| 2.0 THz | 0.15 mm | 0.539 | 1.00 | 35.6 | 35.6 |
| 5.0 THz | 0.060 mm | 0.539 | 1.00 | 35.6 | 35.6 |
| 10 THz | 0.030 mm | 0.539 | 1.00 | 35.6 | 35.6 |
| 15 THz | 0.020 mm | 0.476 | 1.00 | 31.4 | 31.4 |
| 18 THz | 0.017 mm | 0.349 | 1.00 | 23.0 | 23.0 |
| 20 THz | 0.015 mm | 0.417 | 1.00 | 27.5 | 27.5 |
Bei 15 Hz Chopper-Frequenz, durch das Siliziumfenster. Die Spalte «intrinsisch» umfasst Element und Fenster; die Spalte f/2 berücksichtigt zusätzlich die Einkopplung eines beugungsbegrenzten Fokus auf das 2-mm-Element.
| f/1 | 0.15 THz |
| f/2 | 0.3 THz |
| f/4 | 0.6 THz |
Für das 2-mm-Element des Uri2, mit dem Fokus als beugungsbegrenzte Gauss-Verteilung. Dies ist eine Eigenschaft Ihrer Optik, nicht des Messkopfs.
| Material | Silizium, hochohmig, Float-Zone |
| Brechungsindex | n = 3.42 |
| Dicke | 0.5 mm nominal |
| Transmission, breitbandig, unter 10 THz | 0.539 (R = 0.300) |
| Etalon-Fringe-Abstand | ≈ 88 GHz |
| Transmission über einen Fringe | 0.29 to 1.00 |
| Multiphononenbande | ≈ 610 cm⁻¹ (18.3 THz), α ≈ 8 cm⁻¹ |
| Transmission in Bandenmitte | ≈ 0.36 |
| 14041 | Uri2 | 200 |
| 14042 | Uri8 | 650 |
| 14043 | Uri2 OEM | 100 |
| 14047 | SMA-auf-BNC-Konverter | 20 |
| 14051 | Modulations-Shutter | Kontakt |
| 17011 | Avery DAQ (ADC + Software) | 250 |
| 17032 | Avery DAQ (ADC + Software) OEM | 130 |
Rigi Camera
Terahertz-Filter
Organische Kristalle (Emitter)
