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怎么测量激光功率输出大小?

时间:2023-02-27 16:29:25 作者:博纳德 点击:

测量激光器功率输出有很多不同的方法。工业中经常使用三种方式是:光电检测器、热电堆、水热量计。下面来让介绍一下每种技术的工作原理以及它们的优缺点。

怎么测量激光功率输出大小?

一、光电检测器

光电探测器主要用于皮瓦到毫瓦范围内的功率。它们由具有 pn 结的半导体制成,可将来自光源的光子转换为电流。可用的光子越多,电流就越高。

光电探测器的波长范围取决于所使用的半导体。例如,锗光电探测器通常用于电信中使用的 1550 nm 波长,因为它与该波长兼容。

光电探测器具有较短的响应时间,这使得它们成为快速监控功率变化应用的首选。即使光电探测器是为较低功率制造的,也可以添加衰减、拾取器或积分球,以便在较高功率下使用光电探测器。

这些检测器的缺点之一是它们的吸收取决于波长。选择正确的波长很重要;否则,测量将会偏离。

二、热电堆

热电堆是一种使用称为热电偶的温度传感器的功率检测器。这些传感器由两种不同的金属制成。当它们之间的结点温度发生变化时,就会产生电位差。产生的伏特数与结温有关。当用于激光功率测量时,串联使用多个热电偶以获得更准确的测量。

在热电偶的前面,有一个所谓的吸收器。该吸收器需要能够抵抗高功率密度并吸收大部分激光功率以避免背向反射。如果每个波长的吸收几乎相同,那就更好了。

激光功率被吸收,探测器升温。当检测器的温度变得稳定时,热电堆产生的电压与功率水平成正比并且可以被校准。热电堆通常用于从毫瓦到几千瓦的功率水平。为了使温度保持稳定,使用了各种冷却选项。最简单的方法是使用散热器以改善对流。如果功率在100W以上,需要采用风扇或水路等主动冷却方式,将热量排出,保持探测器温度稳定。

三、高功率水热量计

水量热计用于千瓦级的激光。这些检测器有一个连接到水冷器的水回路,水冷器在水进入检测器时保持温度和流量恒定。当水在回路中流动时,水温会升高。

该参数与激光产生的热量直接相关。可以将水流出时的流速和温差与激光功率联系起来。因为水在到达温度传感器和流量计之前需要通过整个检测器,所以这些检测器非常慢。然而,它们对高功率激光器确实有效。

这些水量热计的吸收器还需要由吸收大部分激光功率并将其转化为热量的材料制成。由于大多数高功率激光应用都需要聚焦光束,千瓦级激光器往往具有小光束尺寸,因此具有高功率密度。

他们还需要尽量减少背向反射,因为 5% 的千瓦级激光仍然功率很大,并且会损坏探测器周围的设备。这就是为什么许多高功率检测器在吸收器前面有一个管子来阻挡背向反射。

这是测量激光功率的三种主要方法,还有其它不太常见的技术,例如热释电探测器或积分球功率探测器,但也可用于某些应用。