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Sensor de potência Uri
Plano 0.5–12 THz< 1 nW/√HzPiroelétrico de banda largaJanela de silício
Componentes · Plano 0.5–12 THz, < 1 nW/√Hz

Sensor de potência Uri

medidor de potência THz de banda larga, plano 0.5–12 THz

Medidor de potência piroelétrico de banda larga que resolve abaixo de 1 nW/√Hz. Um elemento de tantalato de lítio com um absorvedor preto de banda larga atrás de uma janela de silício responde aos watts absorvidos independentemente da energia do fóton, de modo que um único fator de calibração cobre toda a banda plana de 0.5 a 12 THz. A saída analógica é SMA ou BNC, para um osciloscópio ou um amplificador lock-in. Uma saída digital ADC pode ser fornecida mediante solicitação.

Banda plana0.5 – 12 THz
Responsividade85 kV/W at 10 Hz
Sensibilidade< 1 nW/√Hz
ElementoLiTaO₃, 2 × 2 ou 8 × 8 mm
Notas de aplicação
  • Duas frequências diferentes estão envolvidas — a taxa de modulação (10–15 Hz em uso normal) e a frequência da luz medida (0.1–20 THz). Todos os valores espectrais aqui são dados a uma modulação fixa de 15 Hz.
  • Dentro do platô de 0.5–12 THz vale um único fator de calibração; nenhuma correção espectral é necessária para uma fonte de banda larga contida nele.
  • O limite de baixa frequência é definido pela sua óptica de focalização, não pelo detector — uma focalização mais fechada o recupera.
  • A queda em 18 THz pertence à janela de silício e não pode ser eliminada por focalização.
  • Saída analógica: SMA / BNC, para um osciloscópio ou um amplificador lock-in.
  • Saída digital: o ADC pode ser fornecido sob consulta.
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Um detector térmico, portanto um watt é um watt — O elemento não se importa com qual fóton entregou a energia, apenas com o fato de ela ter sido absorvida. É por isso que a resposta é plana em uma faixa tão ampla, e que a forma da curva é determinada inteiramente pelo que chega ao elemento e pela fração disso que é absorvida, e não por qualquer propriedade do material sensor.

Duas frequências, não uma — Confundi-las é a leitura equivocada mais comum de uma especificação piroelétrica. A frequência de modulação define a rapidez com que o sinal térmico é modulado; é o eixo da tabela de resposta relativa abaixo, e a razão pela qual 85 kV/W a 10 Hz se torna 66 kV/W a 15 Hz. A frequência de radiação é a cor da luz medida, e é o eixo da tabela espectral. As duas não têm relação entre si.

Usando o platô — Entre aproximadamente 0.5 e 12 THz a resposta é constante dentro de poucos por cento. Um único número cobre toda a faixa, o que torna o cabeçote conveniente para fontes de banda larga. Fora dessa região há duas correções, e elas se comportam de modo diferente: a atenuação em baixa frequência é recuperável com focalização mais fechada, a queda da janela em 18 THz não é.

A geometria de focalização precisa ser informada — O elemento Uri2 tem 2.0 mm de largura atrás de uma abertura de 5.0 mm e, em 0.1 THz, o comprimento de onda é de 3.0 mm, maior que o próprio elemento. Uma frequência de corte inferior citada sem a geometria de focalização não significa nada: o mesmo cabeçote alcança 0.15 THz com óptica f/1 e apenas 0.6 THz com f/4. O Uri8, com elemento de 8 mm, leva esse limite muito mais abaixo.

Fontes de banda estreita e a janela — Uma janela plano-paralela é um etalon Fabry–Pérot. Uma fonte de banda larga faz a média sobre muitas franjas e enxerga a transmissão incoerente de 0.539; uma fonte coerente de banda estreita pode cair em qualquer valor entre 0.29 e 1.00 ao varrer o espaçamento de franjas de 88 GHz. Para trabalho em banda estreita, a transmissão da janela não é um número único.

  • ▸ Os valores de responsividade espectral e com janela são calculados para o elemento de 2 × 2 mm atrás da janela de silício padrão com modulação de 15 Hz. O valor de destaque de 85 kV/W é o valor sem janela em 10 Hz contra um corpo negro de 500 K.
  • ▸ O acoplamento geométrico é uma propriedade da interface entre o seu feixe e o elemento, não do detector. As frequências de corte tabeladas abaixo pressupõem um foco limitado por difração sobre o elemento de 2 mm.
  • ▸ A janela é modelada como silício simples de alta resistividade, 0.5 mm nominal. Um revestimento antirreflexo ou um passa-banda infravermelho em seu lugar altera todos os valores absolutos.
Especificações
Sensibilidade< 1 nW/sq(Hz)
Saída analógicaSMA / BNC
Saída digitalADC sob solicitação
Especificações
Abertura do sensorUri2: 2 mm × 2 mm · Uri8: 8 mm × 8 mm
Sensibilidade espectral0.1 a 350 THz (elemento) · 0.1 a 20 THz com janela
Banda plana0.5 a 12 THz, dentro de poucos %
Elemento sensívelTantalato de lítio + absorvedor preto
JanelaSilício float zone de alta resistividade
Abertura de entrada5.0 mm de diâmetro (Uri2)
Responsividade85 kV/W a 10 Hz, sem janela · 35.6 kV/W a 15 Hz, com janela
NEP (10 Hz)< 1 nW/√Hz
Constante de tempo térmica150 ms
Tensão de alimentaçãoDuas baterias
Temperatura de operação−20 to 80 °C
SaídaSMA
ModulaçãoObturador opcional
Elemento sensor e leitura
Tipo de detectorPiroelétrico, modo de corrente
Material piroelétricoTantalato de lítio (LiTaO₃)
Área ativa2.0 × 2.0 mm (Uri2) · 8.0 × 8.0 mm (Uri8)
Camada absorvedoraRevestimento preto de banda larga
Abertura de entrada5.0 mm de diâmetro (Uri2)
Resistor de realimentação100 GΩ
Capacitor de realimentação0.2 pF
Constante de tempo térmica150 ms (1.06 Hz)
Constante de tempo elétrica20 ms (7.96 Hz)
Resposta em função da frequência de modulação
1 Hz65 %79.743.0
2.9 Hz (pico)100 %122.365.9
3 Hz93 %114.261.6
7 Hz82 %100.053.9
10 Hz70 %85.045.8
15 Hz54 %65.935.5
20 Hz43 %53.128.6
50 Hz19 %23.412.6
100 Hz9 %11.56.2

A resposta relativa é normalizada pelo próprio pico, situado em 2.9 Hz entre os polos térmico e elétrico. Abaixo de 1 Hz a resposta cresce linearmente; acima de 8 Hz ela decai como 1/f. Os valores com janela incluem a janela de silício.

Resposta ao longo da banda de terahertz
0.1 THz3.00 mm0.5390.1635.65.7
0.2 THz1.50 mm0.5390.5035.617.9
0.3 THz1.00 mm0.5390.7935.628.2
0.5 THz0.60 mm0.5390.9935.635.1
1.0 THz0.30 mm0.5391.0035.635.6
2.0 THz0.15 mm0.5391.0035.635.6
5.0 THz0.060 mm0.5391.0035.635.6
10 THz0.030 mm0.5391.0035.635.6
15 THz0.020 mm0.4761.0031.431.4
18 THz0.017 mm0.3491.0023.023.0
20 THz0.015 mm0.4171.0027.527.5

Com modulação a 15 Hz, através da janela de silício. A coluna intrínseca corresponde ao elemento mais a janela; a coluna f/2 inclui ainda o acoplamento de um foco limitado por difração sobre o elemento de 2 mm.

Limite de baixa frequência imposto pela óptica de focalização
f/10.15 THz
f/20.3 THz
f/40.6 THz

Para o elemento Uri2 de 2 mm, tomando o foco como uma gaussiana limitada por difração. Esta é uma propriedade da sua óptica, não do cabeçote.

Janela de silício
MaterialSilício float zone de alta resistividade
Índice de refraçãon = 3.42
Espessura0.5 mm nominal
Transmissão, banda larga, abaixo de 10 THz0.539 (R = 0.300)
Espaçamento das franjas do etalon≈ 88 GHz
Transmissão ao longo de uma franja0.29 to 1.00
Banda multifônon≈ 610 cm⁻¹ (18.3 THz), α ≈ 8 cm⁻¹
Transmissão no centro da banda≈ 0.36
Modelos e preços
14041Uri2200
14042Uri8650
14043Uri2 OEM100
14047Conversor de SMA para BNC20
14051Obturador de modulaçãoContato
17011Avery DAQ (ADC + software)250
17032Avery DAQ (ADC + software) OEM130

Documentação e figuras
Sensor de potência Uri
Sensor de potência Uri
Responsividade em função da frequência da radiação com modulação de 15 Hz. Em vermelho, o elemento com a janela isoladamente; em azul, o mesmo cabeçote atrás de uma óptica f/2, com a faixa sombreada cobrindo de f/1 a f/4. A queda em baixas frequências vem da óptica; a depressão em 18 THz, da janela de silício.
Responsividade em função da frequência da radiação com modulação de 15 Hz. Em vermelho, o elemento com a janela isoladamente; em azul, o mesmo cabeçote atrás de uma óptica f/2, com a faixa sombreada cobrindo de f/1 a f/4. A queda em baixas frequências vem da óptica; a depressão em 18 THz, da janela de silício.

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