《光电微课堂之激光功率计探秘》

热电型激光功率测量原理与特点

热电型激光功率计的核心部件是热电堆传感器。其工作原理是先通过热电堆传感器将光能转换为热能，再将热能转换为电信号输出，以此来表征激光功率的大小。

热电堆传感器由多个串联的热电偶构成，其表面涂有热电材料的吸收体。当激光照射到吸收体上时，热电材料吸收激光能量并转化为热量，热量会向热电偶传递，从而形成温度梯度场。由于热电堆探头内外两个节点存在温度差，会产生温差电动势。每对内外节点产生的温差电动势串联起来的总电压与入射光被膜层吸收转化的热量成比例。最终，我们可以通过激光功率计表头显示器或应用显示终端得到可读取的激光功率值。

环境热源影响容易受到周围环境热源的干扰，这使得在低功率测量时响应误差较大。然而，它更适合高功率激光功率的测量，能够适应从毫瓦到万瓦级的广泛功率范围。

响应时间由于热传递需要一定时间，热电堆功率计的响应时间相对较长，一般处于秒或毫秒量级。

光谱测量范围其光谱测量范围较为宽广，从紫外到远红外波段均可使用。但需要注意的是，其涂层容易受到损伤。

光电型激光功率测量原理与特点

光电型激光功率计探头主要依靠光电二极管来实现光能到电信号的直接转换，以表征激光功率的大小。

光电二极管传感器的核心部分是PN结。实际上，光电二极管是加了一个反向偏压的PN结。当反向偏压足够大时，耗尽区本征载流子会被完全耗尽，此时PN结内无电流通过。当光照射到光电二极管的光敏面上时，电子或空穴会摆脱束缚，在PN结内形成光生载流子，并在电场的作用下产生漂移，从而形成电流。光电流的大小与入射光的能量成比例，经过后续电路的放大及转换等处理，最终显示为可读取的激光功率值。

响应速度与灵敏度由于光量子直接转换为电流，光电二极管的响应时间快，光灵敏度高。

功率测量范围但其容易出现电流饱和现象，因此只能测量小功率激光。

材料与成本在近红外范围测量时，所使用的材料如锗、InGaAs等价格较为昂贵，这导致传感器尺寸受到限制。同时，因材料的限制，其测量波长也被限定在UV - NIR波段。若要与衰减器和积分球结合来扩展功率测量范围，会进一步增加成本。

积分球激光功率检测仪测量原理与优势

在高功率激光研究领域，对激光输出能量的快速、准确测量是一项关键需求。然而，高功率激光极强的输出功率容易对测量材料造成熔化损伤及气化损伤，这给高能激光功率的测量带来了巨大挑战。而积分球激光功率检测仪的出现，有效弥补了上述热电堆和光电二极管在高功率测量方面的缺陷。

积分球激光功率检测仪的基本结构是一个内部空心的球壳，其内部均匀涂布聚合物或者金属涂层，球壁上开有一个或多个窗孔，分别作为进光口和放置光接收器的接收口。当激光进入积分球内，会被内壁涂层多次反射，使得光束被均匀散射到整个球面。此时，使用快速探测的光电功率计在球壁出口取样，它只接收进入积分球的部分激光功率，而接收到的激光发生了以下显著改变：

功率密度均匀性功率密度变得完全均匀，这有助于提高测量的准确性和稳定性。

偏振特性改变无论入射辐射是否为偏振光，经过积分球散射后，照射到传感器上的光都变为非偏振光，从而避免了偏振对测量结果的影响。

功率削弱传感器所接受的功率已经被极大削弱，这既保护了传感器，又使得测量能够在更安全的范围内进行。

景颐光电研发的积分球光谱功率测试系统，采用了优质的PTFE高漫反射材料积分球对光源进行收集。其独特的几何结构设计，使激光束功率测量不受激光束偏振及校准的影响，能够精确测量光源的光谱和功率。该系统通过光功率计和光纤光谱仪分别测量光源的功率和波长，并通过专业的软件输出测量结果。针对一些特殊的应用场景，还可通过增加衰减方式进行衰减。此外，该系统的校准可溯源至国家淮技术研究院（NIST），进一步确保了测量结果的准确性和可靠性。

综上所述，积分球和光电二极管组成的激光功率传感器，既具备光电二极管反应灵敏的优点，又能够检测大功率激光，为高功率激光的精确测量提供了一种有效的解决方案。在实际应用中，我们可以根据具体的测量需求和场景，选择合适的激光功率测量方式和设备，以满足对激光功率精确测量的要求。

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