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? 熱電型激光功率測量原理

熱電型激光功率計(jì)探頭通過核心部件熱電堆傳感器先將光能轉(zhuǎn)換成熱能，再轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出以表征激光功率的大小。

熱電堆傳感器由多個(gè)串聯(lián)的熱電偶構(gòu)成，表面涂有熱電材料的吸收體，熱電材料吸收激光能量并轉(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(gè)節(jié)點(diǎn)由于溫度差產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢，每對(duì)內(nèi)外節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的溫差電動(dòng)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，最終通過激光功率計(jì)表頭顯示器或應(yīng)用顯示終端得到可讀取的激光功率值

熱電堆傳感器鑒于其工作原理，有以下特點(diǎn)：

• 易受到周圍環(huán)境熱源的影響，對(duì)于低功率測量響應(yīng)誤差較大，更適于高功率激光功率測量，適應(yīng)從毫瓦到萬瓦級(jí)的激光功率測量；

• 由于熱傳遞需要時(shí)間，熱電堆功率計(jì)響應(yīng)時(shí)間相對(duì)較長，一般在秒或者毫秒量級(jí)。

•  光譜測量范圍寬，從紫外到遠(yuǎn)紅外波段均可使用；

• 涂層易損傷。

? 光電型激光功率測量原理

光電型激光功率計(jì)探頭是通過光電二極管，直接將光能轉(zhuǎn)換為電流或者電壓信號(hào)，以表征激光功率的大小。

光電二極管傳感器的核心部分是個(gè)PN結(jié)，如圖2所示，光電二極管實(shí)際上是加了一個(gè)反向偏壓的PN結(jié)，當(dāng)反向偏壓足夠大時(shí)，耗盡區(qū)本征載流子被耗盡；由于缺乏載流子，PN結(jié)內(nèi)無電流通過。當(dāng)光照射到光電二極管的光敏面上時(shí)，電子或空穴擺脫束縛，在PN結(jié)內(nèi)形成光生載流子，并在電場的作用下產(chǎn)生漂移而形成電流，光電流的大小與入射光的能力成比例，通過后續(xù)電路放大及轉(zhuǎn)換等處理， 最終顯示成可讀取的激光功率值。
 

光電二極管基于光電效應(yīng)，因此有以下特點(diǎn)：

• 由于光量子直接轉(zhuǎn)換為電流，光電二極管響應(yīng)時(shí)間快，光靈敏度高；

• 很容易電流飽和，只能測小功率；

• 近紅外范圍測量材料鍺、InGaAs等價(jià)格昂貴，因此，傳感器尺寸受限；

• 由于材料限制，測量波長受限（UV-NIR波段）；

• 與衰減器和積分球結(jié)合擴(kuò)展功率測量范圍，增加成本

? 積分球光功率測量原理

在高功率激光研究領(lǐng)域，通常需要快速、準(zhǔn)確地對(duì)激光輸出能量進(jìn)行測量，且由于其輸出功率，容易造成材料的熔化損傷及氣化損傷，這對(duì)高能激光功率的測量提出了很高的要求。

積分球彌補(bǔ)了上述熱電堆和光電二極管的缺陷。圖3所示，積分球的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)內(nèi)部空心的球殼，內(nèi)部均勻涂布聚合物或者金屬涂層，球壁上開一個(gè)或多個(gè)窗孔作為進(jìn)光口和放置光接收器的接收口。

激光進(jìn)入積分球內(nèi)，被內(nèi)壁涂層多次反射，使光束被均勻散射到整個(gè)球面，用快速探測的光電功率計(jì)在球壁出口取樣，它只接收進(jìn)入積分球的部分激光功率，接收到的激光發(fā)生了以下重要改變：

• 功率密度均勻。

• 照射為非偏振光，即使入射輻射為偏振光。

• 傳感器上所接受的功率已經(jīng)被極大削弱。

因此，積分球和光電二極管組成的激光功率傳感器，它既可以像光電二極管一樣反應(yīng)靈敏，又可以檢測相當(dāng)大的功率。

激光功率測量儀器介紹

聯(lián)合光科的激光功率測量產(chǎn)品線涵蓋了由德國Artifex高靈敏度的光電功率計(jì)，和GU OPTICS國產(chǎn)化熱電偶功率計(jì)，實(shí)現(xiàn)了功率段和光譜的全覆蓋。

?    Artifex OPM150光電功率計(jì)

德國Artifex OPM150光功率計(jì)產(chǎn)品光譜范圍覆蓋190nm到2200nm，有多種不同類型探頭，探頭口徑從3mm到9mm，能夠測量低至1nW，配套OD衰減片測量最高1W，配套積分球能夠測量最高20W功率，適用于實(shí)驗(yàn)室、現(xiàn)場和OEM集成應(yīng)用。

Artifex OPM150光功率計(jì)產(chǎn)品主要特點(diǎn)：

• 接口：USB(供電，控制)

• 可測光譜范圍：190nm-2200nm，功率測量范圍：1nW-20W

• 增益控制：5增益范圍，可加載5個(gè)單獨(dú)濾光片曲線

• 軟件功能：圖表/數(shù)字顯示模式，平均，數(shù)據(jù)記錄(多種存儲(chǔ)格式)

免費(fèi)提供全套軟件開發(fā)包(GUI應(yīng)用源代碼) ，豐富的配件選擇

了解產(chǎn)品更多參數(shù)：光功率計(jì)-OPM150

了解產(chǎn)品使用方法：[視頻]光功率計(jì)使用方法（OPM150）

?Artifex激光應(yīng)用積分球

Artifex Engineering為激光應(yīng)用提供高品質(zhì)的鍍金和聚合物積分球。在測試高功率激光應(yīng)用時(shí)，積分球配套光電功率計(jì)能夠提供us級(jí)別的快速響應(yīng)時(shí)間。

鍍金系列積分球設(shè)計(jì)用于高功率測量，光譜范圍從近紅外至中紅外（NIR-MIR），可根據(jù)平均功率要求配備空氣制冷和水冷。

聚合物積分球由固體材料機(jī)加工而成（非噴涂），適用于測量可見光至近紅外波段，尺寸從10mm到100mm不等。
 

了解積分球應(yīng)用實(shí)例：快速可靠的高功率激光測量解決方案

? Infinity系列熱電偶激光功率計(jì)

功率計(jì)包含激光收集的探測器和數(shù)據(jù)處理兩部分。GU OPTICS可以提供國產(chǎn)化的彩色液晶Infinity讀數(shù)表頭、熱電偶功率探頭及不需要連接表頭使用的USB和RS232接口激光功率計(jì)產(chǎn)品。

熱電偶功率探頭

GU OPTICS提供國產(chǎn)化IN系列激光功率探頭，具有光譜響應(yīng)范圍寬、響應(yīng)速度快、外形小巧、易安裝等優(yōu)點(diǎn)。

Infinity讀數(shù)表頭

GU OPTICS 的Infinity讀數(shù)表頭是一款配備了彩色液晶屏幕的顯示表頭，其將功率探頭的信號(hào)進(jìn)行采集、處理并直觀的顯示出來，既適合手持測量，也適合搭配整機(jī)在線測量的應(yīng)用。

Infinity讀數(shù)表頭是一款通用的表頭顯示器，DB9接口可與IN系列激光功率計(jì)探頭連接通訊，實(shí)時(shí)顯示測量結(jié)果，具有強(qiáng)大的處理器和內(nèi)存，并提供長時(shí)間曲線圖顯示。也能再通過USB數(shù)據(jù)線與電腦連接，同步測試和數(shù)據(jù)分析?，F(xiàn)有中英文版本操作界面。

USB和RS232接口激光功率計(jì)

GU OPTICS 的USB、RS232系列激光功率計(jì)不需要使用到Infinity讀數(shù)表頭，通過USB/RS232接口直接連接電腦，用戶僅需安裝測試軟件至任意電腦，將探頭放置在激光光路中，設(shè)置對(duì)應(yīng)波長，打開激光，即可實(shí)現(xiàn)加工過程中實(shí)時(shí)測量監(jiān)控。

USB、RS232系列激光功率計(jì)具有以下特點(diǎn)：

• 響應(yīng)快（50W探頭 0%~95%響應(yīng)時(shí)間僅1.5sec）

• 高損傷閾值 11KW/cm2@40W 1064nm

• 結(jié)構(gòu)緊湊、易于集成

• 優(yōu)化的熱沉設(shè)計(jì)

• 校正NIST溯源