激光能量计的原理及使用_1ppt课件
激光检测技术PPT课件
3. 谐振腔的共振作用与激光的形成
在增益介质的两端安装两块相互平行的反射镜，一块为全反射镜（反射 率近似为1），另一块为部分反射镜（反射率必须大于某一值），构成一 个光学共振腔（又称谐振腔）。谐振腔对光的模式有选择作用，即对光的 频率、相位、偏振及传播方向有严格的选择。
和。
.
5
二、激光的特性与用途
1. 激光的高方向性：根据这一特性可制成激光准直仪； 2. 激光的高亮度：利用激光能量高度集中的特性，进行
精密焊接、打孔及切割 ； 3. 激光的高单色性 ：在小孔、细丝、狭缝等小尺寸的衍
射测量中得到了广泛的应用； 4. 激光的高相干性：全息摄影就是利用了激光相干性好
的这一特征。
.
8
四、应用举例
1. 激光的载波测温技术
激光载波测温原理方框图
.
9
激光载波测温的发射部分
RT-热敏电阻；V1-单结晶体管；V2-晶闸管； T1，T2-脉冲变压器
.
f
1
RT CT
ln
1 1
脉冲调频波
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调频波解调原理
(a) LC谐振电路；（b）谐振曲线；（c）调频波及调幅波
.
11
2. 激光准直测量技术
8. ● 其他激光器 X射线、薄膜、光纤激光器等
.
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2. 激光器的结构与工作原理
以氦氖激光器为例
除激励电源之外，氦氖激光器通常包括放电管、电极和谐振腔等基 本组成部分。根据放电管和组成谐振腔的两块反射镜的连接方式，可将 氦氖激光器分为内腔式、半内腔式（半外腔式）和外腔式三种结构型 式。在放电管中按一定比例和压力充上氦氖混合气体。
激光功率计原理
激光功率计原理激光功率计是一种用来测量激光输出功率的仪器，广泛应用于激光科学、医学、工业等领域。
其原理基于热效应。
本文将就激光功率计的原理进行详细阐述。
1、激光功率计的基本原理激光功率计的基本原理是将激光能量转化为电信号，然后通过电信号来计算激光功率。
其一般分为两类：热效应式功率计和光学式功率计。
其中热效应式功率计是最常见的一种，它的基本原理是将激光束引导到一个吸收能量的元件上，产生热能，并通过测量产生的温度变化来计算激光功率的大小。
2、激光功率计的热效应原理热效应功率计通过激光束的吸收，产生热能使其温度发生变化，从而改变其电学特性，例如电阻值、电容等。
当激光束通过吸收元件时，元件内部的温度会升高，导致元件的电学性能发生变化，从而改变元件的电阻值或电容值。
因此，通过测量该变化，可以计算出激光功率的大小。
3、热效应功率计的元件种类热效应功率计的元件种类繁多，根据激光的波长和功率级别，选择不同的元件可以更好地适应测试需求。
3.1、表面吸收型功率计表面吸收型功率计通常是一种金属导电材料，例如铂电阻、钨电阻等。
激光束穿过元件时被吸收，产生热能，导致电阻值的变化，从而测量激光功率。
3.2、体积吸收型功率计体积吸收型功率计一般是一种玻璃或陶瓷材料，容易吸收激光能量，产生越来越高的温度，从而扩散到周围，并通过热传导扩散到功率计的表面。
通过测量温度变化来计算激光功率。
4、光学式功率计的原理与热效应式功率计不同，光学式功率计通过测量激光束经过传感器时的光强度变化来计算激光功率。
光学式功率计的传感器通常使用各类敏感元件，例如硅光电传感器、红外传感器等等。
直接测量激光的光能，然后通过功率与光能的关系可以计算出激光功率。
5、总结综上所述，激光功率计通过测量激光束在吸收元件上产生的热效应或光学光强度变化来计算其输出功率。
在测试激光系统或者对激光器进行性能测试的过程中，可以选择适当的激光功率计来确保系统的稳定性和精度。
因此，激光功率计在如今激光应用领域已经不可或缺，它在激光科学、医学、工业制造等领域中发挥着十分重要的作用。
热释电数字式激光能量计
热释电数字式激光能量计
热释电数字式激光能量计是一种用于测量激光能量的仪器。
它基于热释电效应，通过检测激光束照射到探测器上产生的热量来测量激光能量。
该能量计通常由一个热释电探测器、信号处理电路和显示装置组成。
当激光束照射到热释电探测器上时，探测器会产生一个与激光能量成正比的电信号。
这个电信号经过信号处理电路的放大和滤波后，被转换为数字信号，并显示在显示屏上。
热释电数字式激光能量计具有快速响应、高灵敏度、高精度和宽动态范围等优点。
它可以测量连续波或脉冲激光的能量，并且可以适应不同波长和功率的激光。
此外，它还具有数字显示和数据存储功能，方便用户进行数据分析和处理。
热释电数字式激光能量计广泛应用于激光加工、光学研究、医疗美容等领域。
它可以帮助用户精确控制激光的能量输出，提高加工质量和效率，同时也可以用于激光安全监测和防护。
总的来说，热释电数字式激光能量计是一种非常有用的激光测量仪器，它为激光技术的应用和研究提供了重要的支持。
激光功率计原理
激光功率计原理
激光功率计是一种用于测量激光束功率的仪器，它基于激光光束的吸收和散射效应来测量功率。
以下是激光功率计的原理:
1. 热效应原理：激光束在功率计的散射体上产生热量，该热量可通过测量散射体温度的变化来计算激光功率。
具体来说，散射体上的吸收涂层会吸收激光的能量并转化为热量，热量会导致散射体温度升高。
测量散射体温度的变化可以得到激光功率。
2. 辐射压力原理：激光束在散射体上产生压力，该压力可以通过测量散射体位移或形变来计算激光功率。
激光束的辐射压力会使散射体发生微小的位移或形变，测量位移或形变的大小可以得到激光功率。
3. 光电效应原理：激光束通过散射体时，产生的光电信号与激光功率成正比。
测量光电信号的强度可以得到激光功率。
这种原理常用于光电二极管功率计中。
激光功率计根据测量原理的不同，可以分为热效应功率计、辐射压力功率计和光电功率计。
不同类型的功率计适用于不同功率范围和波长范围的激光测量。
同时，激光功率计的测量精度和稳定性也受到散射体材料和散射体与激光束的接触情况等因素的影响。
为了保证测量的准确性，使用者需要根据具体需求选择合适的激光功率计并正确使用。
激光的计量知识讲座课件
医学上使用CW激光时的计量
需知道：激光输出功率（ P） 被照射面积（s） 被照射时间（t）
给出：功率密度（I）、能量密度（D）
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对脉冲激光的计量
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自体荧光法
• 组织发生良性病变或恶变时，会发生结 构或生物物理学参量改变，用较短波长 的激光照射这些组织时可发出带有病变 信息的特征荧光。
• 例如：用波长为365nm的氙离子激光照 射，若出现肿瘤特有的630nm波峰的特 异荧光，则提示肿瘤阳性反应。
• 弱激光：用这种生物学剂量水平的激光直 接照射生物组织，不会引起生物组织直接 发生不可逆性损伤，则定义这种反应水平 的激光为弱激光。
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激光生物作用
发生激光生物效应的过程叫激光生物作用。 主要有： 1）光致发光作用 2）光致发热作用 3）光致压强作用 4）光致化学作用 5）弱激光的生物刺激作用。
需知道：激光单脉冲能量（E） 脉冲宽度（Δt） 重复频率（f） 被照射面积（s） 被照射时间（t）
给出：峰值功率（Peak Power）、脉冲数、 功率密度（I） 、能量密度（D）
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第三章 激光对生物体的作用
目的和要求：
• 1．掌握激光的基本特性 • 2．掌握激光对生物组织的主要作用
• 第二类激光生物效应： 因激光的作用，使生 物组织发生形态或机能改变的现象。是激光 治病的基础。
激光测量技术-总结ppt课件
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第四章 激光准直及多自由度测量
第一节 准直测量原理 1）振幅/光强测量法:a．菲涅耳波带片法b. 位相板法c. 双光
I
I
0(
sin2 2
)
b sin
I 0 0lightstrength
b
k sin
b
kL Xk
三、圆孔衍射测量 Airy斑
d
1.22 f a
测控教研室
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第二节 激光衍射测量方法
常用的测量方法主要有：
1、间隙测量法 2、反射衍射测量法 3、分离间隙法 4、互补测屏法 5、爱里斑测量法 6、衍射频谱检测法
二、激光的高亮度 三、激光的单色性
线宽的定义是什么? 影响因素有哪些? 介质的均匀性 谐振腔的类型、腔长 泵浦方
式 工作的状态 四、激光的时间相干性和空间相干性
什么是时间相干性和空间相干性 相干长度 Lc=C Δt
tcΔυ=1 横向相干长度
测控教研室
4
4
第三节 激光的基本物理性质
五、激光的纵模与横模物理性质
每一个谐振频率的振荡,成为一个模式 沿轴向传播的振动模式,称为轴向模式,简称轴模或者纵模 如何形成单模激光? 横模
TEMmnq
对称 轴向 旋转
m X向暗条纹数 圆周向暗条纹数
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n Y向暗条纹数 径向暗条纹数
q 纵模数 纵模数
5
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第四节 高斯光束
一、高斯光束的表达式
束腰的定义
E(x ,y ,z)
测控教研室
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第五节 激光散斑干涉测量技术
什么散斑？ 散斑产生的条件：
1）粗糙表面， h>λ产生均匀散斑 2）必须有高相干光
激光能量测量方法
激光能量测量方法
一种常见的方法是利用能量计。
能量计就像是激光能量的小管家，它能把激光的能量数值给你显示出来。
能量计有不同的类型呢，比如热释电型的。
这种能量计的原理就像是一个很敏感的小温度计，激光打上去，它会因为吸收激光能量而产生温度变化，然后通过一些巧妙的转换，就把这个能量的大小给测出来啦。
就好像你给它一个小惊喜（激光能量），它就回报给你一个准确的数字。
还有量热型的能量计。
这就更直白啦，激光的能量被它吸收后，它会根据产生的热量来计算能量。
你可以想象它是一个小小的热量收集器，把激光的能量都变成热量，然后说：“我知道你（激光）有多少能量啦！”
另外呢，光电型的能量计也很厉害。
它是利用光电效应，激光照上去，会产生电流或者电压的变化。
这就像是激光和能量计之间在玩一个小游戏，激光一照，能量计就通过电流或者电压的变化告诉我们：“看，这就是激光的能量哦。
”
在实际测量的时候呀，我们还得注意一些小细节。
比如说测量的环境，不能有太多干扰，就像你专心做一件事的时候，不希望旁边有人捣乱一样。
要是周围有其他的光或者电磁干扰，那测量出来的结果可能就不准确啦。
而且呢，测量的时候激光要准确地打到能量计的接收部位。
这就好比投篮一样，得投到篮筐里才行。
如果激光打偏了，那得到的能量数值肯定就不对啦。
激光功率计使用
光功率计使用说明一、概述通常光功率计采用了精确的校准技术，可测量不同波长的光功率，是光电器件、光无源器件、光纤、光缆、光纤通信设备的测量，以及光纤通信系统工程建設和维护的必备的测量工具。
二．技术条件2．1 性能指标a．光波长范围： 850 ～1550 nmb．光功率测量范围：－70 ～＋10 dBmc．显示分辨率： 0.01 dBd．准确度： ±5％（－70 ～＋3 dBm ）非线性：≤ 4％（－70 ～＋3 dBm ）e．环境条件：工作温度 0 ～55℃工作湿度≤ 85％f．电源： AC 220伏／50Hz ±10％2．基本功能a．显示方式：线性（mw/μw/ nw），对数（dBm）、相对測量（d B）;b．自动功能：自动量程，自动调零，量程保持，平均处理，相对测量处理, 波长校准;三．原理光功率计由五部分组成, 即光探測器、程控放大器和程控滤波器、A/ D转换器、微处理器以及控制面板与数码显示器。
其原理方框图如下（图1）：A／D变换器P I NI／V 程控放大器和滤波器C P U控制面板和显示器图 1. 光功率计原理方块图被測光由PIN光探测器检测转换为光电流，由后续斩波稳定程控放大器将电流信号转换成电压信号，即实现I／V转换并放大，经程控滤波器滤除斩波附加分量及干扰信号后，送至A／D转换器，变成相应于输入光功率电平的数字信号，由微处理器（CPU）进行数据处理，再由数码显示器显示其数据。
CPU可根据注入光功率的大小自动设置量程状态和滤波器状态，同时，可由面板输入指令（通过CPU）控制各部分完成指定工作。
不注入光的情况下，可指令仪器自动调零。
四．使用4．1 面板说明1）前面板(1) POWER 电源开关。
(2) W dBm 对数或线性测量方式转换开关按键每按一次此键，显示方式在“W” 和“dBm”之间切换，并且数码显示窗右侧相应的指示器发光。
(3) dB(REL) 相对测量按键。
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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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（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
（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]。
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1.光电管 材料
2.热释电 材料
3.热电堆 材料
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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。
上具有相同的运行效果，在软件运行这方面不存在个体的差异。
(4) 测量更方便。因为传统仪器功能单一，所以对一个信号完成多个参数的测量需要多
台仪器，使测量受连接方式、电缆长度等因素的影响。虚拟仪器只需对信号进行一次采样，
多个软件模块对同一组数据进行不同的处理就能实现多个参数的同时测量。
(5) 具有强大的数据处理功能。计算机运算速度的大大提高和数字信号处理理论的丰富
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五光电探测模块
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。
和完善，使虚拟仪器能够快速准确的处理数据。
功率计及能量计的种类繁多, 热效应的功率计稳定性良好, 误差) 多至 ∗ 多, 在激光功率与
能量测量中已满足需要。计量单位用来定标的量热计误差可以小到 界以下。至于有特殊
用途的功率计与能量计种类很多, 不宜赘述。当然, 随着激光事业的发展激光能量和功率的
计量标准的建立是非常需要的.
同
场
腔
陶
明
体
腔
光
大
依
光本时中后瓷由的，入器次
的发可的出腔于轴该射以设 激
测明有任射作在向陶口及有 光
量的效一的为探与瓷和信探 能
。激避位是衰测激空探号测 量
光免置均减器光心测输器计
能探使匀器前进腔器出、，
量测用场，设入为之单与是
计器小，使计壳封间元该在
可的尺因激了体闭，，探一
用局寸而光漫方的设并测管
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。
考评项目赋标准分，对照考评内容和 考评办 法对考 评项目 进行考 评，评 出各考 评项目 的考评 实际得 分，考 评类目 下各考 评项目 考评实 际得分 之和为 该考评 类目的 考评实 际得分
(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
(1)
考评项目赋标准分，对照考评内容和 考评办 法对考 评项目 进行考 评，评 出各考 评项目 的考评 实际得 分，考 评类目 下各考 评项目 考评实 际得分 之和为 该考评 类目的 考评实 际得分
虚拟仪器的关键环节是软件。虚拟仪器系统中除PC机外的硬件主要用于数据的采集、
输入，至于系统怎样处理数据，具有怎样的面板和数据输出的形式等都是由软件决定的。
于部探可经射向空有且器状
高损测以过式平心一在电金
能伤器在陶空行柱陶外连属
量问探该瓷心。体瓷壳接外
密ห้องสมุดไป่ตู้测均衰柱本，空的的壳
度，，匀减面发柱心激放中
考评项目赋标准分，对照考评内容和 考评办 法对考 评项目 进行考 评，评 出各考 评项目 的考评 实际得 分，考 评类目 下各考 评项目 考评实 际得分 之和为 该考评 类目的 考评实 际得分
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。
四激光能量计实验装置及性能 考评项目赋标准分，对照考评内容和考评办法对考评项目进行考评，评出各考评项目的考评实际得分，考评类目下各考评项目考评实际得分之和为该考评类目的考评实际得分
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。
量 热式 激 光能量计具有高损伤阑值、高激光辐射吸收率和高热传导率等特点，广 泛应用于现代高功率激光能量的测量。
由于激光的能量大，强度高，在进行强激光能量测量比较困难的情况下，通过市场 调查对比，吸取了其他激光能量计的优点，设计了这个方便实用的激光能量计。本设计 采用光电二极管探头，并且应用了大家都熟悉的A/D转换和AVR单片机等器件。实现方法 是以光电二极管探头作为传感器,将光信号转换为电信号后,电流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,通过能量量值校准完成能量的测量，并由虚拟仪器编 写上位机进行显示。 要研究激光和应用激光就必须能够对激光的特性参数进行准确测量。对激光器主要参数 的计量测试是激光技术发展的一个重要方面。对一台激光器来说，人们最关心的是有没 有激光能量，有多少激光能量。比如在激光治疗中，就有激光有效剂量、无效剂量及危 害(破坏)剂量的阑值问题;在激光育种试验中，就有选择增产效果好和抗病虫害能力强的最 佳激光剂量间题;在激光防护工作中，为了确保人身安全，特别要搞清损伤人眼的激光阑 值问题;在激光核聚变中，需要多少能量才能打出中子、才能实现热核反应等等。这些都 需要精确测量激光能量，没有精确测量激光能量就达不到研究的预期目的。因此，对激 光能量的准确测量显得愈发重要[2]。 当激光能量通过AVR单片机控制之后，需要通 过虚拟模拟的上位机进行显示，虚拟仪器是以装有测量应用软件的个人电脑为核心，具 有虚拟的仪器操作面板，足够的硬件支持，有一定通信能力的测量装置。它和传统仪器 相比具有以下的特点：
1 •激光能量计
2
•激光能量计探头分类
3 •激光能量计工作原理
4
•激光能量计实验装置及性能
5 •光电探测模块
6
•光电能量计的使用方法及运用
7 •本课题研究的意义
8 •先进的激光切割
激 使 考评项目赋标准分，对照考评内容和考评办法对考评项目进行考评，评出各考评项目的考评实际得分，考评类目下各考评项目考评实际得分之和为该考评类目的考评实际得分
光敏二极管在电压不变和照度不变的情况下，其光电流随温度而变化，如图2-4。 在精密光电测量中要注意温度对测量精度的影响[8]。
（6）暗电流 图2-5为光敏二极管的暗电流随温度而变化的曲线。
温度升高，半导体受热激发，少数载流子增加，使暗电流 增加。
考评项目赋标准分，对照考评内容和 考评办 法对考 评项目 进行考 评，评 出各考 评项目 的考评 实际得 分，考 评类目 下各考 评项目 考评实 际得分 之和为 该考评 类目的 考评实 际得分