激光能量计的原理及使用

指导老师：梁明制作人：韦锦 学号：0913137 专业： 光电子技术科学

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激光能量计 激光能量计探头分类 激光能量计工作原理

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光电探测模块 光电能量计的使用方法及运用 本课题研究的意义

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激光能量计实验装置及性能

先进的激光切割

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1.光电管 材料2.热释电 材料 3.热电堆 材料

三激光能量计工作原理激光能量计的探头根据原理不同可以分为热电堆式探测 器、热释电式探测器、光电式探测器及半导体光电二极管式探 测器几种。常用的能量检测法分为光热法及光电法。光热法以 热电堆或热释电材料为传感器件的吸收型探测器,即让激光与吸 收体充分作用,再用热电传感器测试吸收体的温升,从而得到吸 收体的热量值,即激光能量值。光电法以光电式探测器或半导体 光电二极管为传感器件的光电式探测器,光信号转换为电信号后, 电信号经电荷积分器得到与输入光脉冲能量成正比的电压信号, 从而完成能量的测量。由于光电二极管测量的动态范围大，测 量速度快，能反映信号的包络变化，价格便宜，因此被广泛应 用于光信号检测中。因此，系统中的光电探测器选取PIN光电 二极管。

四激光能量计实验装置及性能典 型的 激 光能量测量装置主要包括激光器、分光及监视系统、激光能 量计、激光功率计、数据处理及控制计算机等闹。图1所示为所采用的激光 能量测量装置示意图。由激光器输出的光束经分光系统后，一束作为被测 光束人射到激光能量计，另一束进人监视系统用来观察本射激光的波形， 并通过波形来计算照射时间。能量计置人经过处理过的壳体内，以便减小 外界对其的干扰。数字多用表将能量计测温单元的读数实时地存储并输入 至计算机进行数值处理。功率计在测量一个积分时间后，读取激光器功率。 采用的能量计为自行研制的，用热电堆进行测温，石墨面做吸收体的量热 式能量计，尺寸小，响应大，有较好的测量性能。

激光能量计

光电探测模块由聚光透镜、光电二极管及调理模块组成。待测光经过 聚光透镜后，光束会聚到光电探测器上，光电探测器将光信号转换为电信号后经调理电路 传送至数据采集模块进行数据处理与显示。 常用的能量检测法分为光热法及光电法。光热法以热电堆或热释电材料为传感器 件的吸收型探测器,即让激光与吸收体充分作用,再用热电传感器测试吸收体的温升,从而得 到吸收体的热量值,即激光能量值。光电法以光电式探测器或半导体光电二极管为传感器件 的光电式探测器,光信号转换为电信号后,电信号经电荷积分器得到与输入光脉冲能量成正 比的电压信号,从而完成能量的测量. 光敏二极管光电转换原理 根据PN结反向特性可知，在一定反向电压范围内，反向电流很小且处于饱和状态。此 时，如果无光照射PN结，则因本征激发产生的电子-空穴对数量有限，反向饱和电流保持 不变，在光敏二极管中称为暗电流。当有光照射PN结时，结内将产生附加的大量电子空 穴对(称之为光生载流子),使流过PN结的电流随着光照强度的增加而剧增，此时的反 向电流称为光电流。 (1)光敏二极管特性光照特性 图2-1画出了光敏二极管的光电流I与照度L的特性曲线，从图上可以看出它的光照 特性线形较好，适合于检测方面的应用[8]。

五光电探测模块

(2)光谱特性

光谱特性决定于所用的材料，图2-2为硅和锗的光谱响应曲线，锗材料的最灵敏响应波 长在14000~15000埃之间，硅材料的最灵敏响应波长在8000~9000埃之间。对于激光 器所发射激光波长的不同，可采用不同的材料[8]。

(3)伏安特性 图2-3画出了光敏二极管的实际伏安特性曲线，由光照控制的光敏二极管，与基 极控制的晶体三极管的工作情况相似，因而光敏二极管在不同光照下的伏安特性，与晶 体三极管在不同基极电流下的输出特性相似。由此可知，光敏二极管对光信号的作用， 正像一般晶体管在基极加上电信号时的放大作用一样。光敏二极管在外加电压为零时仍 有电流，这是因为光生伏特效应所产生的短路电流。

(4)频率特性 光敏二极管的频率特性较好，是半导体光电器件中最好的一种。其频率响应与下 述因素有关：(a)结电容和杂散电容，因为它与负载电阻并联，负载电阻越大，它的高频 旁路作用越明显，高频响应越差。负载电阻小，能使高频响应改善，但输出电压要减小， 两者应同时考虑，以选择合适的电阻。(b)光生载流子在薄层中的扩散时间及PN结(耗尽 层或阻挡层)中的漂移时间[8]。 (5)温度特性 光敏二极管在电压不变和照度不变的情况下，其光电流随 …… 此处隐藏：2435字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……