激光能量计的原理及使用.ppt

* * 制作人：韦锦 学号：0913137 专业： 光电子技术科学 指导老师：梁明 1 2 3 4 激光能量计 激光能量计探头分类 激光能量计工作原理 激光能量计实验装置及性能 5 6 7 8 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 先进的激光切割 激光能量计，是在一管状金属外壳中依次设有探测器、与该探测器电连接的放大器以及信号输出单元，并且在外壳的激光入射口和探测器之间，设有一陶瓷空心腔，该陶瓷空心腔为封闭的空心柱体，柱体的轴向与激光进入壳体方向平行。本发明由于在探测器前设计了漫射式空心柱面陶瓷腔作为衰减器，使激光经过陶瓷衰减腔后出射的是均匀场，因而可以在该均匀场中的任一位置使用小尺寸探测器探测，同时可有效避免探测器的局部损伤问题，使本发明的激光能量计可用于高能量密度激光的测量。 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