激光功率計(jì)和能量計(jì)是如何工作的

功率計(jì)一般由熱電堆或光電二極管構(gòu)成，熱電堆用來測高功率，光電二極管用來測低功率。能量計(jì)由熱釋電材料構(gòu)成，熱釋電材料對脈沖信號有響應(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)圓盤邊緣所需要的熱傳遞時(shí)間。測量功率越大，一般來說所需要的探測圓盤直徑越大，對較大的功率計(jì)探頭而言，熱傳遞所需要的時(shí)間都在秒量級，所以超大功率計(jì)所需要的響應(yīng)時(shí)間也比較長。當(dāng)然也有一些特殊設(shè)計(jì)的熱電偶結(jié)構(gòu)，測量熱傳遞的方向和激光方向一致，把這個方向的熱電偶做的很薄，微米量級，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，熱電堆探頭內(nèi)外兩個節(jié)點(diǎn)由于溫度差產(chǎn)生溫差電動勢，每對內(nèi)外節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的溫差電動勢串聯(lián)起來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)無電流通過。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)間很快單也很容易電流飽和，智能測非常小的功率。

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。電壓信號與探測器膜層吸收光轉(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連續(xù)或長脈寬的激光，因?yàn)殡娙萜鞯拇鎯Φ碾姾扇菀罪柡突蛘哒f電容器只對交流或脈沖信號有響應(yīng)。

高重頻復(fù)合功率計(jì)探頭原理：

這種探頭有一個光電探測器和一個熱電堆探測器構(gòu)成，光電探測器具有較高的響應(yīng)速度，可以探測脈沖的相對能量和重頻。熱電堆可以探測高平均功率。光電探測器得到的數(shù)據(jù)和熱電堆得到的數(shù)據(jù)就可以計(jì)算出高重頻、高能量的單發(fā)脈沖能量。

帶位置追蹤功能的功率計(jì)：

有的功率計(jì)不僅可以探測功率，還可以探測能量中心的位置。這種由熱電偶串連起來的熱電堆再引出三個電極，從而可以分別得到四個象限的電壓值，根據(jù)四個象限的電壓信號，可以計(jì)算到能量中心在四個象限的位置。

審核編輯：湯梓紅