前言：項目遇到N多和激光有關的問題， 其中，最重要的是高功率激光的功率的測量和計算問題。找了長春的一家設備，結果，功率計根本無法測量大功率的激光二極管。

這里找了幾篇論文查閱了一下：

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1 中國激光功率計量標準

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2 激光功率基本理論基礎

2.1 激光功率：

光是一種能量，

如果，電光轉化效率為100%，那么輸入1W的電功率，輸出為1W的激光。激光功率計是測量激光器輸出激光的功率參數值的設備。根據測量激光情況的不同，激光功率計的測量的精度和范圍也各不相同。與此同時，隨著測量技術 的不斷發展，各種激光功率測量設備所采用的結構和技術也不盡相同。這就造成 了目前在市面上各種激光功率計的測量水平和技術標準參差不齊。但總體來說， 激光功率計一般都采取數據采集、數據分析和數據顯示的結構。數據采集即采用 激光功率傳感設備測量不同情況下各種激光的功率值。數據分析則是利用電子處 理設備，根據基本原理和具體實驗對采集的數據進行分析、處理和整理。數據顯 示是把處理過的數據在數碼管、液晶屏、計算機等設備上進行顯示。

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2.2 激光功率計設計原理

激光功率計設計的核心是探測器，對于探測器的設計主要有兩個方面。目前， 在國內外被廣泛使用的探測非工作原理有以下兩種：光電原理和熱電原理。我國 激光小功率計量標準器具采用的3種標準小功率計，其中兩種是熱電型，一種是 光電型。此外，還有光化學法、光壓法、量熱法、熱電偶法、壓電法、干涉法等。 本文主要介紹壓電法和干涉法。

2.2.1 壓電法

經過斬波器調制的激光照射到一個腔體的吸收窗上，吸收窗上涂有一定的 吸收材料，吸收光轉化為熱，熱量經吸收窗傳導到腔體內部，使腔體內空氣產生 壓力，此壓力可由壓電傳感器轉化為電信號，經過放大處理，由此電信號的大小 來標明激光功率的大小。 這種探測器的頻譜范圍很寬，靈敏度比較高，如使用10mV／Pa的駐極體，其 靈敏度可做到1mV／3．5 mW。但測量中的干擾因素比較多，容易引起測量誤差。

2.2.2 干涉法

當玻璃被加熱時，隨溫度升高玻璃的厚度和折射率增加，這種變化可以通過 干涉原理檢測到，使用一束激光作為探測光線照射到玻璃片的表面，則探測光線 在前表面的反射光線和后表面酌反射光線之間產生干涉，由于干涉條紋的位置和 光程差相關，也就是和玻璃片的厚度及折射率相關，所以可以利用此原理測量到 玻璃片厚度及折射率的變化。

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3?測量激光功率的基本方法概述

激光功率計可分為光電型、熱電 型兩類。光電型即光電探測器；熱電型除熱電探測器外，尚有熱電堆和量熱計。

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光電探測器由于高的靈敏度和快的響應速度，多用于探測微弱的激光功率和熱電堆和量熱計覆蓋著從紫外到遠紅外寬廣的光譜范圍，由于高穩定性、重復性，在目前的微測試領域中仍占有相當的優勢。熱電探測器介于光電探測器和量熱計之間，兼備二者的優點，在用于激光測量時，需考慮兩點：熱電探測器只對經過調制的輻射有響應，對連續輻射不靈敏；另一是探測器的窗口材料對其性能有重要影響。

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3.1?環形量熱測量方法

環形量熱計也叫積分球，把激光束能量全部吸收并轉換成熱量，測量其溫升就可得出照射激光能量。積分球是一個中空的球腔，開有一個激光入射窗口。窗口大小要與被測激光束匹配，為防止進入積分球的激光從窗口溢出，積分球直徑與窗口直徑比要大于10：1。為了使激光束的能量全部被積分球均勻吸收，需要在積分球中與入射窗口相對的內表面，安裝光學球面全反射鏡，要求具有很高的強激光損傷閾值。球面全反射鏡使入射光束發散，并經過多次漫反射均勻的照射到吸收體表面，而被全部吸收。同時發散光束也降低了吸收體表面的最大功率密度，提高了探測器耐強光能力。對測量系統的吸收腔體空間結構應進行對稱性設計，要求漫反射表面為朗伯反射體，以保證光吸收的面均勻性。 積分球吸收體將吸收的激光能量轉換為自身熱量，采用熱電偶等溫度傳感器測量積分球溫升，從而得到激光束能量。為了保證能量探測器測量激光能量的準確性，需要在吸收體周圍設計絕熱層，以降低吸收體與外界的熱交換。為克服能量探測器冷端溫度上升導致的測量誤差，冷端背面也有一個與前端吸收體一樣的傳感器。 另外，有一種將激光功率波形測量和能量測量相結合的積分球，在積分球內壁設計多個取樣孔，用光電二極管探測器測量取樣的孔處的光功率波形，這種積分球的結構示意圖如圖2—2所示。積分球取樣孔的個數和位置需要適當的選擇，以避免積分球不同位置出射光功率不均勻造成的測量誤差。為了保證足夠的衰減率，要求積分球具有足夠大的內表面積，出孔要足夠小。在積分球用于窄脈沖激光束功率波形測量時，由于多次散射會使各漫散射光到達取樣孔的時間不一致，積分球對入射光不但起到了衰減器的作用，而且起到了波形展寬器的作用。因此，這種情況下需要對測量得到的積分球出孔功率波形進行合理的處理，才能得到真實的入射激光的功率波形。

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3.2?熱交換測量方法

3.3?全吸收激光測量方法

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全吸收能量計 的適用波段為0．31am～1．29m，絕對靈敏度優于100I．tV／J，響應時間不超過40p,s， 冷卻常數小于0．0016s一，功率負載密度達到1010w／cm2，能量負載密度達到 5J／cm2，測量重復精度達到士2％。

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4 誤差分析

4.1 光源誤差

光電池是寬光譜范圍內都響應的，因此當光電池進行光電轉換時，除目標光源以外的外界雜散光和自身暗電流會對光電池測量產生影響。 光電池的測量功率范圍下限到lOmw～10’13W。太高的激光束會導致響應飽和及損傷的限制。激光束的功率密度分布為： E(，．)=毛exp(一2r2／c02) (5．5) 式中是中心點的輻射值，是距中心的距離，09是光束半徑。80．5％的功率分布在半徑為國的光斑內。光電池在接收強激光輻射時，可導致響應的線性變壞。

解決辦法：

對于干擾光源，可將光電池放置在黑色光電探測頭中，通過這樣的設計一方面可以吸收外部干擾光源，另一方面可以減少外部光源的反射所帶來的干擾。 當待測光源的功率值大于5mW時，激光功率計應采用擴束、毛玻璃散射或用中性濾光片來減弱透射到光電池上的激光功率密度。

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Ref:

1 基于ARM的智能激光器功率計研究 高然

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的激光功率的测量方案和设备的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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