激光中功率标准装置的研究.pdfVIP

激光中功率标准装置的研究 崔瑛1 袁海林2 ·(1上海市激光技术研究所，上海200233 2上海市计量测试技术研究院，上海200233) 提要激光功率是激光器的基本参数，我国激光功率标准起始于1974年。目前的激光中功率标准装置存在 激光光源波长单一、测量范围不符合国家新的量值传递系统的要求等问题，本项目研究的激光中功率标准 装置波长范围为0．2．16．Opm，功率测量范围为O．1．200W，可满足国家激光功率量传系统的要求。 关键词：激光功率；量值传递 一、 前言 我国于1961年研制出第一台红宝石激光器，四十多年来激光技术发展迅猛，各类新型激 光器件层出不穷，已与多个学科相结合形成许多应用技术领域，例如光电技术、激光生物医疗 技术、激光加工技术、激光检测与计量技术、激光全息技术、激光化学、激光分离同位素、激 光武器等等。这些交叉技术与新学科的出现，极大地推动了传统产业和新兴产业的发展。随着 激光技术在我国经济建设中占据的地位越来越重要，与其相关的激光参数的测试也愈来愈受到 有关部门的重视。激光参数的测试对于提高我国激光技术水平，促进激光技术的发展及产业的 形成起到了积极的作用。 世界各国对激光功率范围的划分不同，美国NIST研制的C系列标准量热计测量范围为 ll imW一2W，测量波长范围为0．4-I．5m，准确度1％。K系列功率测量范围为5-1000W，测量波长 10．6ItIll，准确度为4％。德国PTB用于中功率测量的标准器是一种专利技术的锥腔型功率计， um，测量结果的相对不稳定度为±O．5％。我国激光 测量范围imW-lOmW，工作波长为O．4-10．6 功率标准起始于1974年，于1980年在上海市计量测试技术研究院建立了激光中功率副基准。 目前，激光中功率标准装置存在激光光源波长单一、测量范围不符合国家新的量值传递系统的 要求等问题，本项目研究的激光中功率标准装置波长范围为0．2—16．O№，功率测量范围为 0．卜200W，可满足国家激光功率量传系统的要求。 二、激光中功率标准装置的结构及原理 I．YAG和c02蠢兜嚣：2．He-Ne m光m：3．全反．t／ll：1．光分柬片：s．衰减器：6．激光中功率标准功事许： 7．徽伏数压襄；8．监祝功率计l9-显示仪表；lO、I 1．被检功慧i计。 333 图l激光中功率标准装置结构图 图1为激光中功率标准装置结构原理图。YAG或C0。激光器的激光束经过光分束片后分为 反射光和透射光，反射光入射到监视功率计上，用以测量激光束的功率变化量；透射光束入射 到标准中功率计上，分别同时测量反射和透射的激光功率值。并计算出光分束片多次测量后的 平均监视比R平均=P标／P益，用监视功率计对激光束的光功率值进行修正，求得标准光功率值P’ 标=R平均×P’监。图l中He—Ne激光器作为测量光路中的指示光源。 激光器输出功率的不稳定是由多种因素造成的，其中影响最大的一个原因就是激光器放 电电流的不稳定。本文采用的激光电源使用稳流方法，并用磁饱和变压器稳定外网络电压，由 高稳定性稳流电源控制和稳定激光器工作电流，使激光器工作电流稳定度达到0．3％，激光功 率稳定度也得到了很大提高。 在本装置中为了进一步提高激光功率稳定度，减小由于光源不稳定丽引起的测量误差， 根据jjG249-2004技术要求，采用了分束监视的方法。光分束片根据激光波长不同采用了硒 化锌和K9玻璃材料，通过激光功率监视方法一般可以使激光功率稳定度提高一个数量级。标 准接收器的设计主要基于热力学理论，并采用热流分析方法研究光电两种加热系统的热响应， 在设计中引入相似性理论，发现具有对称性结构的接收器是满足光电等效要求的最佳结构。 本文研究的标准装胃共设计了三种不同衰减倍率的斩光衰减器，衰减倍数分别为5×、 10×、20X，在测试中可以根据被测功率计不同的测量范围而分别选用不同的