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Tutorium

Eine Ulbrichtkugel ist ein Instrument um Licht, das durch ihren Eingangsport tritt, zu sammeln und durch multiple diffuse Reflexion eine homogene optische Leistungsdichte über ihre gesamte innere Oberfläche zu produzieren. Der Leistungsverlust der Ulbrichtkugel erfolgt durch Leckagen aus den Eingangs- und Ausgangsports sowie durch Absorption bei jeder Reflexion innerhalb der Kugel. Im Gleichgewicht entspricht der Leistungsverlust genau der zugeführten Leistung.

Da das Design der inneren Oberfläche der Kugel so ausgelegt ist, dass der Verlust durch Absorption gering ist (hohe Reflektivität), wird die Leistungsdichte auf der inneren Kugeloberfläche höher sein als die Leistungsdichte des Eingangs. Dieses Verhältnis ist der sogenannte Kugelfaktor „K“. Theoretisch ist dieser Faktor definiert durch
K=ρ/[1-ρ(1-a)], wobei „ρ“ die Reflektivität der inneren Kugeloberfläche ist und „a“ das Verhältnis der Gesamtflächen von Eingangs- und Ausgangsports zur gesamten inneren Kugeloberfläche. Da „ρ“ einen Wert nahe 1 hat, hat das Verhältnis „a“ einen sensiblen Einfluss auf den K-Wert.

Betrachten Sie die Montage einer schwarz eloxierten Scheibe auf den Eingangsport einer 20mm Ulbrichtkugel mit einem 7mm Eingangsport. Das Verhältnis „a“ inclusive Ausgangsports ist etwa 3.5% und resultiert in einem K-Wert von etwa 18. Die schwarze Scheibe würde bis zu 30% im NIR reflektieren [Marschall, et al; SPIE 2014]. Eine solche Platte vor den Eingangsport zu platzieren ist genaugenommen das gleiche wie die Portfläche auf 70% des ursprünglichen Werts zu reduzieren: 5,8mm, was zu einem K-Wert von etwa 22 führt. Dies bedeutet, dass die Ulbrichtkugel mit montierter Platte um 20% fehlerhaft kalibriert wäre.

Artifex Engineering hat dieses Problem gelöst durch Entwicklung eines Faserport-Adapters, dessen Rückreflexion in die Kugel so gering ist, dass die Fehlkalibrierung bei montiertem Adapter bei weniger als 1% liegt.

 

FAQ

Beeinflusst die Montage des Faseradapters die Kalibrierung des Detektorkopfes?

Jegliches Licht, das auf einen Freistrahldetektor oder eine Ulbrichtkugel trifft, wird zu einem gewissen Anteil zurück zur Quelle reflektiert. Die Kalibrierung des Kopfes wurde ohne Montage eines Adapters durchgeführt. Daher wird die Montage eines Adapters einen gewissen Effekt auf die Kalibrierung ausüben, da Teile des zurückreflektierten Lichts durch den Adapter wiederum in Richtung Detektor reflektiert werden und sich so die optische Leistung, die auf den Detektor trifft, erhöht.

Das spezielle Design unserer Faseradapter minimiert diesen Effekt von rund 20% Kalibrierungsfehler bei Verwendung herkömmlicher Adapter auf <1%!

Wird den Detektor das gesamte (divergente) Licht, das die Faser abgibt, erreichen?

Wird der Detektor zusammen mit einer Ulbrichtkugel benutzt, wird den Detektor das gesamte Licht, das die Faser aussendet, erreichen, da die Sichtfeldweite der Kugel größer ist als die Divergenz der Faser.

Dies ist nicht notwendigerweise der Fall bei Freistrahlköpfen. Bevor die Wahl auf die Verwendung eines Faseradapters mit Freistrahlkopf fällt, sollte der Nutzer sicherstellen, dass die Strahlgröße und Divergenz den Detektor nicht überladen. Diesem Punkt muss gerade bei der Verwendung von APC-konfektionierten Fasern besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden, da der Strahl auch in einem schrägen Winkel emittiert.

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Hannes Heppner

Optik

Dr. Steven Wright

KUNDENSPEZIFISCHE LÖSUNGEN