浅析如何选取激光功率计和能量计
发布人:新特光电 时间:2018-08-02 关注:

激光功率计,激光能量计使用场景

激光功率计和能量计主要用来测量光源的输出。无论光发射是来源于弱光源(如荧光),还是来源于高能量的脉冲激光器,功率计和能量计都是实验室、生产部门或是工作现场等多种应用环境中必不可少的工具。

激光功率计,激光能量计使用场景

激光功率计及能量计的区别

虽然激光功率计和能量计是分别提供的,但随着能够适用大量不同类型的光学传感器的通用型仪表盘或显示装置的发展,它们也被合起来称作单独的一类仪器——功率和能量计,或PEM。仪器所采用的光学传感器的类型,决定了其能测量光功率还是光能量,通常单位分别瓦特(W)或焦耳(J)。

激光功率计及能量计

具体来讲,激光功率计能够测量连续波(CW)或者重复脉冲光源,其所使用的传感器通常是热电堆或光电二极管。激光能量计则通常用于测量脉冲激光,即单脉冲或者重复脉冲光源,其所使用的传感器包括热释电、热电堆,或者带有专门为测量脉冲光源而设计的电路的光电二极管。

激光功率计及能量计的区别

系统配置

一些制造商将功率或能量计分为具有控制和示值读数功能的测量部分(或仪表盘)和传感器部分(也称为探测器或探头),两者结合在一起就组成一套“测量系统”。另一些厂商将这两者统称为测量仪。无论哪种分类方式,传感器都存储有校准信息,仪表盘则测量传感器的输出电流,并参考校准表来输出数据。

在某些配置中,仪表盘会作为探测器与用户之间的接口,通过RS-232或者USB连接方式直接向电脑传输测量数据,在这种情况下,显示装置就不再是必需的了。测量数据可能包括功率、差值、总和、线性、对数值和几个通道同时衰减的曲线。大部分PEM仪表盘是数字式的,但是对于功率只有小幅波动的应用而言,模拟式测试仪就足以胜任了。

传感器的选择比较复杂。目前市场上应用的三种主要传感器类型有:光电二极管、热传感器和热释电传感器。光电二极管传感器由光电二极管和ND)滤光片组成,以确保入射到探测器上的功率能够保证传感器线性工作,其中光电二极管通常选用硅(Si)、锗(Ge)或铟砷化镓等材料,每种光电二极管具有不同的峰值波长和响应范围。每个光电二极管在不同的波长处具有不同的响应度。响应度的单位是A/W,代表了传感器将入射光转换为电流的效率。具有快速响应时间的传感器对波长敏感,因此最适用于测量低功率激光。

热传感器通过将入射光转换成热能来测量功率或能量。热传感器在186nm~10.6μm的波长范围内具有平坦的光谱响应,因此其适用于多波长或者非单色光的测量。光电二极管也可以测量紫外(UV)到红外(IR)波段的波长,但是其在不同波长处具有不同的响应度,因此必须将激光波长输入测量仪以获得正确的读数。在1800 nm或更长的波长处,热探测器通常是唯一的选择。热传感器可以承受高功率激光,但是如果功率变化范围较大的话,则需要几秒钟才能达到平衡。由于不像光电二极管那样灵敏,因此热传感器不适合用于低功率测量。

热释电传感器通过将光脉冲能量转换成电压信号来测量脉冲能量。热释电传感器能响应较宽的波长范围,但是其响应曲线不如热传感器那么平坦。热释电传感器只能测量脉冲光源,并有最小带宽要求以使传感器能够“看到”脉冲。

目前市场上的许多功率和能量计都兼容这三类传感器。如果将通用型仪表盘和功率传感器一起使用,这套装置就是功率计;如果将通用型仪表盘和能量传感器一起使用,这套装置就是能量计。

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)。每个探头和仪器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。

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。

在挑选了合适的探头来测量激光或宽带光源后,下一个要考虑的问题是破坏阈值。用户需要了解被测量的功率和能量密度,以免探头被破坏。这需要了解光斑尺寸以及能量分布。高斯光束在光束顶部具有非常高的功率/能量密度。

脉宽是测量脉冲激光时需要考虑的一个关键因素。大多数传感器具有不同的基于峰值功率的破坏阈值;当脉冲能量相同时,短脉冲相比较而言将具有高得多的峰值功率,更容易破坏传感器。对于高于破坏阈值的应用,用户可采用的衰减手段包括分光器、漫反射和中性滤光片等。

另一个重要的指标是不确定度,这关系到准确性和一致性。大多数公司根据美国标准技术协会(NIST)制定的标准对其仪器进行校准,这些标准提供了基于标准物理常数的不确定度,例如水中的温升。准确度的误差应以百分比的形式对每个传感器和显示器进行标注。

每种型号的探头和测量仪器的关键指标的工作范围相差巨大。选择的关键是要使激光器或光源的输出参数与探测器和仪器的指标相匹配,即测量仪器的指标应该覆盖激光器的输出参数。

权衡与取舍

选择PEM时需要进行许多权衡与取舍。例如,如果用户需要测量光束直径小的高功率激光,就需要具有高损伤阈值的探头。但是具有高损伤阈值的PEM的灵敏度并不高,所以无法用同一个探头读取极高和极低的功率。用于更高读数的能量探测器也会碰到同样的情况。此外,某些特定产品可以测量单个脉冲的高能量,但是它们只能在低重复频率下工作,不能在高功率下应用。因此,在实际应用中,用户需要根据具体情况进行一定的权衡。

便携式激光功率计

我们的功率计激光测量使用快捷简便,手持功率计价格低、摆脱笨重的缺点具有重量轻,两片式热电堆功率计和探针,或者传统"肉类温度计"探针。非常适合工业、科学和医疗应用,当构建你自己的系统以及作为系统工具时候可以用来确保你的激光系统在任何时候具有最大的效能。

设计用于测量1-250W功率等级,功率计可测量从紫外到远红外的输出功率。是测量准分子、氩离子、半导体、YAG和CO2激光器(仅举几例)性能的理想工具

自动数据保持和自动量程使功率计易于使用,简单的插入传感器到激光光束中并固定几秒钟,易读的LCD屏将显示准确的激光平均功率的测量值。仅简单的推下重置键,功率计就可以准备好下次的测量。

  • 波长范围: 190nm – 11um
  • 迷你尺寸
  • 高准确
  • 瞬时再次使用
  • 易读数字显示
  • 自动数字保持
  • 自动量程
  • 自动关闭
  • 长寿命锂电池
  • 声响信号 

规格参数:

测量范围 1-250W
分辨率 0.1W
波长范围 190nm – 11um
校准个别波长1 10.6um
吸收波长1, 190nm – 1.1um & 9-11um 0.96-0.99
吸收波长1, 190nm – 1.1um 0.93-0.99
准确度 ±5%
光斑直径 22mm
固定测量时间 <4second
最大允许输入功率 (单一应用) 300W
最大平均功率密度2 20kW/cm2
最大峰值能量密度3 1J/cm2
目标最大温度 180oC
典型每度量目标上升温度 0.4oC/W
典型电池寿命 5 年 (25,000 读数)
电池类型 3xCR2025 lithium
自动关闭时间 25 秒
数据保持时间 15 秒
尺寸 159x30x12mm
重量 80g

未注参数可能有变化.

  1. 每个测量头都配有典型吸收曲线
  2. 超过上述值可能引起涂层损坏
  3. 用于脉冲激光器和50usec脉宽

除了以上便携式激光功率计产品外,我们的产品经理还愿意和客户一块开拓更多进口光学仪器的应用领域。例如以下领域:自相关仪、光纤折射率分析仪、光纤模式测量分析仪、激光光束质量分析仪、激光位移/距离测量传感器、动态3D/4D显微成像系统等,相关详细资料请点击“仪器与工具”,或联系我们产品经理:程经理:18162698959(同微信号)。

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