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浅析如何选取激光功率计和能量计

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  选择何种传感器?

  这部分内容将介绍哪些类型的传感器可用于测量功率,哪些可用于测量能量,以及它们的测量范围。用于测量功率的热电堆探测器往往面积较大,具有较高的损伤阈值,功率测量范围从毫瓦到千瓦。基于半导体的光电二极管探测器不但体积较小,而且灵敏度高,功率测量范围从皮瓦到毫瓦。

  这三种类型的探测器都可用于测量能量。热电堆探测器是毫秒(ms)量级单脉冲测量、或者每个脉冲能量达几焦耳的高能量光束测量的理想选择。热释电探测器最适合短脉冲(脉宽从fs到ms)和宽能量范围(从50nJ到焦耳量级)的测量。光电探测器则适合测量低能量(从fJ到mJ量级)的短脉冲(脉宽从fs到ms)。每个探头和模块的关键指标的性能范围有较大差异,用户在选择之前,最好要提前与产品专家了解具体情况。

  光电二极管探测器可与积分球一起使用,以获得对光源的均匀和准确测量。Lasermet公司带有积分球的光电二极管探头,通常能够测量的功率小至1μW;紧凑型探头能够测量的功率小至1nW,光束可以直接照射到这种光电二极管上(见图2)。热探头通常可以测量的功率低至1mW。

  图2:Lasermet公司的手持式ADM1000数字式测量仪,通过热探头和光电二极管探头,能在较宽的波长范围内测量功率和能量,并可以选择是否配备积分球。配备的加速电路可在700ns内获得最终读数10%以内的响应度。ADM1000可用于测量、显示高达400kHz的脉冲波形。

  对于高功率光源,Lasermet公司的光电二极管探头通常可以测量的最大功率为1W,如果采用滤光片截止掉90%或者99%的光束(尽管这将引起反射并且会影响测量的准确度),则可以测量更高的功率。热探头可以测量的功率高达20W,特制的热探头可以测量功率高达100W甚至几千瓦的激光。

  光电二极管拥有最快的响应速度。Lasermet公司的IPDH-10S和IPDH-10C光电二极管与ADM1000一起使用时,频率响应可达到400kHz,这比市场上其他任何探测器的响应速度大约快1000倍。这样的响应速度能够分离和显示单脉冲波形,并且可以测量出单脉冲的能量。

  光电二极管也提供了更高的热稳定性,而热探测器则容易受到热干扰和热漂移的影响,因此更难准确使用。目前市场上已经有一些热探测器结合了温度稳定技术,从而大大减少了热漂移。

  关键指标

  选择PEM时首先要考虑的指标是传感器的波长范围以及对功率和能量的测量范围。测量仪应该能够在未饱和的状态下给出测量值。通常饱和电流在10mA量级(峰值响应处的功率约为10mW)。高功率的测量通常采用积分球或光衰减器来降低饱和。系统的另一个重要指标是最低可测量的功率/能量水平处的信噪比。典型的噪声水平在几mW量级,高灵敏度模块可测量的功率低至1μW。