激光功率計(jì)和能量計(jì)的工作原理
激光功率和能量計(jì)主要用來(lái)測(cè)量光源的輸出。無(wú)論光發(fā)射是來(lái)源于弱光源(如熒光),還是來(lái)源于高能量的脈沖激光器,功率和能量計(jì)都是實(shí)驗(yàn)室、生產(chǎn)部門(mén)或是工作現(xiàn)場(chǎng)等多種應(yīng)用環(huán)境中必不可少的工具。
雖然功率計(jì)和能量計(jì)是分別提供的,但隨著能夠適用大量不同類(lèi)型的光學(xué)傳感器的通用型儀表盤(pán)或顯示裝置的發(fā)展,它們也被合起來(lái)稱(chēng)作單獨(dú)的一類(lèi)儀器——功率和能量計(jì)。
功率計(jì)一般由熱電堆或光電二極管構(gòu)成,熱電堆用來(lái)測(cè)高功率,光電二極管用來(lái)測(cè)低功率。能量計(jì)由熱釋電材料構(gòu)成,熱釋電材料對(duì)脈沖信號(hào)有響應(yīng)。其中將激光功率轉(zhuǎn)換成熱量的膜層起著非常重要的作用,是激光功率或能量計(jì)的核心技術(shù)。
熱電堆功率計(jì)反應(yīng)時(shí)間都比較慢,由其原理決定的,熱電堆功率的響應(yīng)時(shí)間取決于激光在功率計(jì)表面被膜層吸收后,產(chǎn)生的熱量傳遞到功率計(jì)圓盤(pán)邊緣所需要的熱傳遞時(shí)間。測(cè)量功率越大,一般來(lái)說(shuō)所需要的探測(cè)圓盤(pán)直徑越大,對(duì)較大的功率計(jì)探頭而言,熱傳遞所需要的時(shí)間都在秒量級(jí),所以超大功率計(jì)所需要的響應(yīng)時(shí)間也比較長(zhǎng)。當(dāng)然也有一些特殊設(shè)計(jì)的熱電偶結(jié)構(gòu),測(cè)量熱傳遞的方向和激光方向一致,把這個(gè)方向的熱電偶做的很薄,微米量級(jí),這樣大大降低了熱傳遞所需要的時(shí)間,可將功率計(jì)熱響應(yīng)時(shí)間下降到毫秒以下。
熱電堆原理:
熱電堆功率計(jì)是由串聯(lián)的熱電偶構(gòu)成,當(dāng)激光被探頭表面的膜層吸收掉轉(zhuǎn)化成熱量,熱量向熱電偶傳遞并形成溫度梯度場(chǎng),熱電堆探頭內(nèi)外兩個(gè)節(jié)點(diǎn)由于溫度差產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì),每對(duì)內(nèi)外節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢(shì)串聯(lián)起來(lái)的總電壓與入射光被膜層吸收轉(zhuǎn)化的熱量成比例。
光電二極管功率計(jì)原理:
光電二極管的核心部分是個(gè)PN結(jié),當(dāng)在PN結(jié)加上適當(dāng)反向電壓時(shí),由于缺乏載流子,PN結(jié)內(nèi)無(wú)電流通過(guò)。當(dāng)光子照射在PN結(jié)上時(shí),電子或空穴擺脫束縛,在PN結(jié)內(nèi)形成光生載流子,光生載流子在電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生漂移而形成電流,電流的大小和入射光的能量成比例。光電二極管是基于光電效應(yīng),響應(yīng)時(shí)間很快但也很容易電流飽和,只能測(cè)非常小的功率。
熱釋電能量計(jì)原理:
當(dāng)熱釋電晶體受熱時(shí),晶體就會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象,使晶體兩端產(chǎn)生極化電荷,在晶體的兩端鍍上金屬層,構(gòu)成了一個(gè)電容器。則在溫度梯度作用下,極化的電荷集結(jié)在電容器的兩端,產(chǎn)生電壓信號(hào)。電壓信號(hào)與探測(cè)器膜層吸收光轉(zhuǎn)化的熱量形成的溫度梯度成正比。熱釋電探頭不適合探測(cè)連續(xù)或長(zhǎng)脈寬的激光,因?yàn)殡娙萜鞯拇鎯?chǔ)的電荷容易飽和或者說(shuō)電容器只對(duì)交流或脈沖信號(hào)有響應(yīng)。
新特光電提供的激光功率計(jì)系列產(chǎn)品具有國(guó)際領(lǐng)先的抗激光破壞水平,可以記錄激光脈沖序列串的各脈沖能量,可對(duì)光纖輸出和管芯直接輸出的半導(dǎo)體激光器進(jìn)行全參數(shù)測(cè)試,可廣泛應(yīng)用于工業(yè)加工、國(guó)防科研、醫(yī)療和教學(xué)等領(lǐng)域的激光功率測(cè)試。