激光功率計和能量計是如何工作的

功率計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的核心技術(shù)。

熱電堆功率計反應(yīng)時間都比較慢，由其原理決定的，熱電堆功率的響應(yīng)時間取決于激光在功率計表面被膜層吸收后，產(chǎn)生的熱量傳遞到功率計圓盤邊緣所需要的熱傳遞時間。測量功率越大，一般來說所需要的探測圓盤直徑越大，對較大的功率計探頭而言，熱傳遞所需要的時間都在秒量級，所以超大功率計所需要的響應(yīng)時間也比較長。當(dāng)然也有一些特殊設(shè)計的熱電偶結(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間，可將功率計熱響應(yīng)時間下降到毫秒以下。

熱電堆原理：

熱電堆功率計是由串聯(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)點由于溫度差產(chǎn)生溫差電動勢，每對內(nèi)外節(jié)點產(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，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，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。

熱釋電能量計原理：

當(dāng)熱釋電晶體受熱時，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，因為電容器的存儲的電荷容易飽和或者說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：

有的功率計不僅可以探測功率，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，可以計算到能量中心在四個象限的位置。

審核編輯：湯梓紅