激光功率和能量計(jì)主要用來測量光源的輸出。無論光發(fā)射是來源于弱光源(如熒光)，還是來源于高能量的脈沖激光器，功率和能量計(jì)都是實(shí)驗(yàn)室、生產(chǎn)部門或是工作現(xiàn)場等多種應(yīng)用環(huán)境中必不可少的工具。雖然功率計(jì)和能量計(jì)是分別提供的，但隨著能夠大量不同類型的光學(xué)傳感器的通用型儀表盤或顯示裝置的發(fā)展，它們也被合起來稱作單獨(dú)的一類儀器——功率和能量計(jì)。

功率計(jì)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(jì)由熱釋電材料構(gòu)成，熱釋電材料對(duì)脈沖信號(hào)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(jì)的核心技術(shù)。

熱電堆功率計(jì)反應(yīng)時(shí)間都比較慢，由其原理決定的，熱電堆功率的響應(yīng)時(shí)間取決于激光在功率計(jì)表面被膜層吸收后，產(chǎn)生的熱量傳遞到功率計(jì)圓盤邊緣所需要的熱傳遞時(shí)間。測量功率越大，一般來說所需要的探測圓盤直徑越大，對(duì)較大的功率計(jì)探頭而言，熱傳遞所需要的時(shí)間都在秒量級(jí)，所以超大功率計(jì)所需要的響應(yīng)時(shí)間也比較長。當(dāng)然也有一些特殊設(shè)計(jì)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(gè)方向的熱電偶做的很薄，微米量級(jí)，這樣大大降低了熱傳遞所需要的時(shí)間，可將功率計(jì)熱響應(yīng)時(shí)間下降到毫秒以下。

激光探頭是一個(gè)涂有熱電材料的吸收體，熱電材料吸收大部分的光能量并轉(zhuǎn)化成熱量，只有少部分反射。吸收與反射比例與材料的光譜響應(yīng)曲線有關(guān)，吸收體的儲(chǔ)熱體和它的厚度決定了熱量傳輸?shù)教筋^的速度和反應(yīng)時(shí)間。探頭溫度變化，能夠產(chǎn)生電流，電流通過薄片環(huán)形電阻轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)傳輸出來。

功率計(jì)標(biāo)定的目的，是校準(zhǔn)自身測量精度，保證測量數(shù)值在功率計(jì)使用報(bào)告的誤差范圍內(nèi)，從而保證功率計(jì)正常的使用精度。功率計(jì)標(biāo)定采用第三方功率計(jì)來測量，根據(jù)出廠標(biāo)定報(bào)告，采用不同的功率，在不損壞功率計(jì)的前提下，檢驗(yàn)功率計(jì)實(shí)際標(biāo)定的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

功率測量，是考慮系統(tǒng)和隨機(jī)誤差基礎(chǔ)上，獲取功率真實(shí)值的一個(gè)過程，存在一定的功率不確定性。對(duì)于功率測量，存在兩種功率，一種是準(zhǔn)確度，即實(shí)測值與真實(shí)值之間的偏差;另一種是功率穩(wěn)定性，即反復(fù)同一條件測量的功率波動(dòng)范圍。

具體來講，功率計(jì)能夠測量連續(xù)波(CW)或者重復(fù)脈沖光源，其所使用的傳感器通常是熱電堆或光電二極管。能量計(jì)則通常用于測量脈沖激光，即單脈沖或者重復(fù)脈沖光源，其所使用的傳感器包括熱釋電、熱電堆，或者帶有專門為測量脈沖光源而設(shè)計(jì)的電路的光電二極管。

光電二極管功率計(jì)原理：

光電二極管的核心部分是個(gè)PN結(jié)，當(dāng)在PN結(jié)加上適當(dāng)反向電壓時(shí)，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(shí)，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(shí)間很快但也很容易電流飽和，只能測非常小的功率。

熱釋電能量計(jì)原理：

當(dāng)熱釋電晶體受熱時(shí)，晶體就會(huì)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(gè)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(hào)。電壓信號(hào)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?yàn)殡娙萜鞯拇鎯?chǔ)的電荷容易飽和或者說電容器只對(duì)交流或脈沖信號(hào)有響應(yīng)。

審核編輯 黃宇