定义:用于测量光学功率的装置,利用的是吸收结构的热性质。
图1:典型的热功率计的测量头。
光功率计(或激光功率计)是测量激光光束功率的装置。大多数功率计是将光功率转化为某些吸收结构中的热功率,然后测量引起的温度变化(或者引起吸收结构和支架之间的温度差),例如可以采用温差电偶来测量。这种功率计(如图1)适宜于测量平均功率在0.01W和几千瓦之间的情况;当功率高于10W时需要一些冷却装置。该功率计非常结实耐用(尽管需要避免紧聚焦于吸收结构上),精度适中,适用于很大的波长范围(灵敏度与波长基本无关),并且响应相对比较慢。
当热功率计设定在很高灵敏度(响应度)时,例如,峰值功率小于100mW时,在测量过程中手不能碰到支架。因为手碰到支架引起的温度变化会影响读数。
采用光电二极管可以得到更快并且更灵敏的功率计。如果采用合适的衰减器,就可以用来测量更高的功率。但是,这种功率计没有热功率计结实耐用。并且它的灵敏度与波长有关,因此利用光电二极管的功率计通常需要设定波长。这种装置具有内置的校准表来补偿与波长相关的响应度。显然的,这种功率计不适用于宽带光谱或者可见光光谱,但是当激光波长几乎不变的情况下它非常适用。
各种光功率计的一个普遍问题就是响应的一致性。对于热功率计,响应不一致来自于不同光束位置处的吸收率或者温度分布。而对于光电二极管,很高光强时的损伤会得到非一致的响应。
挑选器件注意事项
为了寻找最合适的光功率计类型和模型,需要考虑很多因素。最基础的一些因素如下:
- 允许的最大光功率(对于有限或无限的时间间隔)
- 测量范围内的测量次数和间隔
- 最小的测量范围以及温度涨落等引起的噪声水平
- 准度和精度,响应一致性以及是否需要重新校准器件
- 允许的波长范围,以及根据测量波长是否需要重新设置
还有另外一些实际相关的因素需要考虑:
- 速度(响应时间,测量带宽,功率采样速率):例如,如果采用响应很快的装置可以更快更容易的实现激光器对准。
- 测量头的尺寸以及稳定防止的机械途径,并且可以适应不同的光束高度
- 根据不同的功率需要采用不同的测量头
- 采用其他测量头时能够采用显示装置,例如测量热电脉冲能量时
- 模拟和数值显示(与实际应用情况有关,有时采用模拟和数值显示更加方便)
- 记录测量历史结果的内存
- 用于自动记录数据和远程控制的电脑界面
- 隔离外界光的保护装置(例如,敏感测量时的杂散光)
- 冷却装置
- 电源采用(可充电)电池或者电源适配器