CN104792413A - 激光功率计 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光功率计，包括：激光转换器，用于吸收入射激光，并将所述入射激光转换为红外线向外发射；红外接收器，用于接收所述红外线，并对所述红外线进行会聚；红外探测器，用于接收会聚后的红外线，并将所述会聚后的红外线转换为电信号；以及功率测试器，与所述红外探测器连接，用于接收所述电信号，并根据所述电信号计算得到所述入射激光的功率值。本发明提供的激光功率计既具有光谱覆盖范围宽和可测功率范围宽的优点，还具有响应时间短的优点。

Description

激光功率计

技术领域

本发明涉及激光功率检测技术，尤其涉及一种激光功率计。

背景技术

随着激光技术的发展，激光器在通信、医疗、工业制造等领域的应用越来越广泛。在激光器的研制、生产及应用过程中，对激光器的功率进行测量和标定是必不可少的步骤。

激光功率计就是一种测量激光功率的设备，按照测量原理不同，激光功率计主要包括两类，光电型激光功率计和量热型激光功率计。其中，光电型激光功率计是利用半导体的光电效应实现功率测量，当激光照射在光电型激光功率计的探测光敏面上时，其中的PN结所在回路内会形成光电流，入射激光的功率越大，光电流越大，通过对光电流进行测量就能得知入射激光的功率。而量热型激光功率计是利用吸光材料将激光的能量转化为热量传递给热电堆的一端，使得热电堆自身的两端具有温度差，并将温度差转化为电势差，通过测量电势差的大小就可以得知入射激光的功率。

光电型激光功率计的优点是响应时间较快，但其光谱的覆盖范围较窄，且可测的功率范围也较窄。而量热型激光功率计具有光谱覆盖范围宽、功率可测范围大的优点，因此，对于中功率和高功率的激光进行测量，以及对多个波长且各波长之间跨度较大的激光功率进行对比测量时，通常都采用量热型激光功率计，但是这种功率计的响应时间较长。上述两种激光功率计都存在各自的缺点，在测量过程中难以满足多种激光器的要求。

发明内容

本发明提供一种激光功率计，既具有光谱覆盖范围宽和可测功率范围宽的优点，还具有响应时间短的优点。

本发明实施例提供一种激光功率计，包括：

激光转换器，用于吸收入射激光，并将所述入射激光转换为红外线向外发射；

红外接收器，用于接收所述红外线，并对所述红外线进行会聚；

红外探测器，用于接收会聚后的红外线，并将所述会聚后的红外线转换为电信号；以及，

功率测试器，与所述红外探测器连接，用于接收所述电信号，并根据所述电信号计算得到所述入射激光的功率值。

如上所述的激光功率计，所述红外接收器为透射式的红外接收器。

如上所述的激光功率计，所述红外接收器为反射式的红外接收器。

如上所述的激光功率计，所述激光转换器中设置有冷却装置，所述冷却装置为传导冷却装置、风冷装置或水冷装置。

如上所述的激光功率计，所述激光转换器的感光面设有吸光涂层。

如上所述的激光功率计，所述激光转换器的感光面设有抗激光损伤涂层。

如上所述的激光功率计，所述透射式的红外接收器的表面设有增透膜。

如上所述的激光功率计，所述反射式的红外接收器的表面设有反射膜，所述反射膜为铝膜、铜膜、银膜或金膜。

如上所述的激光功率计，所述红外探测器为锑化铟探测器或碲镉汞探测器。

如上所述的激光功率计，还包括与所述功率测试器连接的功率显示器。

本发明实施例提供的激光功率计通过采用激光转换器吸收入射激光，并向外辐射红外线，然后采用红外接收器接收红外线，并会聚至红外探测器，以使红外探测器将红外线的能量转换为相应的电信号，再通过功率测试器将电信号转换为相应的功率数值，该功率数值与入射激光的功率相对应，使得该激光功率计既具有光谱覆盖范围宽和可测功率范围宽的优点，还具有响应时间短的优点。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的激光功率计的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的激光功率计的结构示意图。

附图标记：

1-激光器；      2-激光转换器；  31-透射式的红外接收器；

4-红外探测器；  5-功率测试器；  32-反射式的红外接收器。

具体实施方式

实施例一

鉴于现有技术中常用的两种激光功率计各自都存在一些缺点，在测量过程中不能够满足多种激光器单独测量或组合测量的需要，本实施例提供一种激光功率计，既具有光谱覆盖范围宽和可测功率范围宽的优点，还具有响应时间短的优点。

本实施例提供的激光功率计，包括：激光转换器、红外接收器、红外探测器以及功率测试器。其中，激光转换器用于吸收入射激光，并将入射激光转换为红外线向外发射。红外接收器用于接收激光转换器发出的红外线，并对红外线进行会聚。红外探测器用于接收会聚后的红外线，并将会聚后的红外线的能量转换为电信号。功率测试器，与红外探测器连接，用于接收红外探测器发出的电信号，并根据该电信号计算得到入射激光的功率值。

具体的，入射激光为待测的激光器所发出的激光光线。激光器发出的入射激光照射在激光转换器的感光面(也即：受光照区域)上，激光转换器吸收激光的能量后，受光照区域的温度升高，并向外辐射红外线，入射激光的功率越大，受光照区域的温度越高，即辐射的红外线能量越大。红外接收器能够接收激光转换器辐射的红外线，并且将红外线进行会聚至红外探测器的探测区域，红外探测器将探测到的红外线的能量转换为相应的电信号。功率测试器与红外探测器电连接，接收该电信号，并将该电信号转换为对应的功率数据，通过该功率数据即可得知入射激光的功率大小。

上述方案的检测原理是首先将入射激光的功率转换为红外线的能量，该转换过程不受激光光谱的范围影响，即全部光谱范围内的激光均能够使激光转换器发热，并且能向外辐射红外线，则入射激光的功率对应于相应的红外线的能量，因此，上述激光功率计的光谱覆盖范围非常宽，并且该激光功率计也不受入射激光功率范围的限制。其次，上述激光功率计还将红外线的能量转换为电信号，再根据该电信号计算得到入射激光的功率，这个过程与现有的量热型激光功率计相比，本实施例提供的激光功率计的响应过程较快，响应时间较短。

综上，本实施例提供的激光功率计通过采用激光转换器吸收入射激光，并向外辐射红外线，然后采用红外接收器接收红外线，并会聚至红外探测器，以使红外探测器将红外线的能量转换为相应的电信号，再通过功率测试器将电信号转换为相应的功率数值，该功率数值与入射激光的功率相对应，使得该激光功率计既具有光谱覆盖范围宽和可测功率范围宽的优点，还具有响应时间短的优点。

对于上述激光功率计中的各个器件，本领域技术人员可以设计多种实现方式，本实施例提供一种具体的实现方式。

图1为本发明实施例一提供的激光功率计的结构示意图。如图1所示，该激光功率计是对待测的激光器1发射的激光进行检测，该激光功率计可以包括：激光转换器2、透射式的红外接收器31、红外探测器4以及功率测试器5。

其中，激光转换器2也可以称为测试靶，顾名思义就是用来接收激光器1发出的入射激光。激光转换器2的感光面接收到入射激光，导致激光转换器2中受入射激光照射的部分温度升高，并向外辐射红外线。入射激光的功率越大，激光转换器2的温度越高，向外辐射的红外线能量越强。激光转换器2具体可以采用现有技术中常见的铝、铜等金属制成的金属板，以实现在受到激光照射后升高温度的功能。

透射式的红外接收器31的功能是收集激光转换器2发射出的红外线，并进行会聚，具体可采用凸透镜。激光转换器2发射出的红外线穿过凸透镜后发生会聚。透射式的红外接收器31优选采用对红外辐射透过率较高的介质材料制成，为了进一步提高透过率，还可以在透射式的红外接收器31的表面镀针对红外辐射的增透膜。

若采用凸透镜作为透射式的红外接收器31，且凸透镜为短焦距透镜，激光转换器2与凸透镜的距离远大于凸透镜的焦距，则红外探测器4的光敏面可位于凸透镜的焦点处，接受会聚后的红外线。红外探测器4的功能是将接收到的红外线的能量转换为相应的电信号，具体可采用现有技术中常用的器件，例如锑化铟探测器、碲镉汞探测器等，其中，锑化铟的化学式为InSb，碲镉汞的化学式为HgCdTe。

功率测试器5与红外探测器4电连接，接收红外探测器4发出的电信号。功率测试器5的功能是将该电信号进行计算，得到相应的功率数值，该功率数值与入射激光的功率是对应的。功率测试器5也可以采用现有技术中常用的能根据模拟量电信号得到功率数值的测试设备。

上述各器件的型号以及各器件的布局均可由技术人员来设定，例如根据红外线的辐射范围确定透射式的红外接收器31的位置、焦距以及红外探测器4的位置。

上述技术方案通过采用激光转换器吸收入射激光，并向外辐射红外线，然后采用透射式的红外接收器接收红外线，并会聚至红外探测器，以使红外探测器将红外线的能量转换为相应的电信号，再通过功率测试器将电信号转换为相应的功率数值，该功率数值与入射激光的功率相对应，使得该激光功率计既具有光谱覆盖范围宽和可测功率范围宽的优点，还具有响应时间短的优点。

进一步的，可以在激光转换器2的感光面涂覆能够增加激光吸收率的吸光涂层，以提高对激光的吸收能力。

另外，考虑到高功率的激光照射在激光转换器2上，有可能对激光转换器2造成损伤，还可以在激光转换器2的感光面涂覆抗激光损伤涂层，以避免激光转换器2受损，提高其使用寿命。

上述激光功率计还可以包括功率显示器，与功率测试器5连接，以将功率测试器5得到的功率数值进行显示。或者，功率显示器可以与功率测试器5集成在一体，即功率测试器5即具有计算功率数值的功能，又兼备显示功率数值的功能。

在上述技术方案的基础上，激光转换器2的感光面受入射激光照射，使得受光照区域的温度升高，并且，激光转换器2中与受光照区域临近的部分的温度也会升高。为了避免在激光功率较大的情况下，激光转换器2中与受光照区域临近部分的温度过高而发生损伤，可以在激光转换器2中设置冷却装置，以降低与受光照区域临近部分的温度，避免损伤。该冷却装置可采用传导冷却方式、风冷、水冷或其它形式的冷却方式。

其中，传导冷却方式的一种形式是采用导热性能较好的导热结构与激光转换器2贴合，使得激光转换器2的热量通过导热结构快速和周围空气进行热量交换，实现传导冷却，增加与空气的接触面积，提高冷却效率。另一种形式是通过热沉的方式，采用自身温度不随外界传给它的热量变化而变化的设备作为与受光照区域相邻的部分。

风冷的方式，可以在激光转换器2背离受光照区域的一侧设置风扇，加快周围空气的流动速度，以提高冷却效率。

水冷的方式，可以在激光转换器2内设置冷却水路，向冷却水路中通有较低温度的循环水，能够快速带走激光转换器2的热量，也能够加速冷却，提高冷却效率。

实施例二

上述实施例一提供了一种采用透射式的红外接收器31构成的激光功率计，与实施例一不同的是，本实施例提供的激光功率计中的红外接收器采用反射式的。图2为本发明实施例二提供的激光功率计的结构示意图。如图2所示，该激光功率计是对待测的激光器1发射的激光进行检测，该激光功率计可以包括：激光转换器2、反射式的红外接收器32、红外探测器4以及功率测试器5。

其中，激光转换器2也可以称为测试靶，顾名思义就是用来接收激光器1发出的入射激光。激光转换器2的感光面接收到入射激光，导致激光转换器2中受入射激光照射的部分温度升高，并向外辐射红外线。入射激光的功率越大，激光转换器2的温度越高，向外辐射的红外线能量越强。激光转换器2具体可以采用现有技术中常见的一些材料制成，例如铝、铜等金属制成的金属板，以实现在受到激光照射后升高温度的功能。

反射式的红外接收器32的功能是收集激光转换器2发射出的红外线，并进行会聚，具体可采用凹面镜。激光转换器2发射出的红外线照射到凹面镜的表面发生反射，然后发生会聚。

反射式的红外接收器32优选采用对红外辐射反射率较高的介质材料制成，为了进一步提高反射率，还可以在反射式的红外接收器32的表面镀有针对红外辐射的反射膜，例如铝膜、铜膜、银膜或金膜等。

若采用凹面镜作为反射式的红外接收器32，则红外探测器4的光敏面可位于凹面镜对激光转换器2发射出的红外线的会聚点处，接收会聚后的红外线。红外探测器4的功能是将接收到的红外线的能量转换为相应的电信号，具体可采用现有技术中常用的器件，例如锑化铟探测器、碲镉汞探测器等，其中，锑化铟的化学式为InSb，碲镉汞的化学式为HgCdTe。

功率测试器5与红外探测器4电连接，接收红外探测器4发出的电信号。功率测试器5的功能是将该电信号进行计算，得到相应的功率数值，该功率数值与入射激光的功率是对应的。功率测试器5也可以采用现有技术中常用的能根据模拟量电信号得到功率数值的测试设备。

上述各器件的型号以及各器件的布局均可由技术人员来设定，例如根据红外线的辐射范围确定反射式的红外接收器32的位置、焦距以及红外探测器4的位置。

上述技术方案通过采用激光转换器吸收入射激光，并向外辐射红外线，然后采用反射式的红外接收器接收红外线，并会聚至红外探测器，以使红外探测器将红外线的能量转换为相应的电信号，再通过功率测试器将电信号转换为相应的功率数值，该功率数值与入射激光的功率相对应，使得该激光功率计既具有光谱覆盖范围宽和可测功率范围宽的优点，还具有响应时间短的优点。

进一步的，可以在激光转换器2的感光面涂覆能够增加激光吸收率的吸光涂层，以提高对激光的吸收能力。

另外，考虑到高功率的激光照射在激光转换器2上，有可能对激光转换器2造成损伤，还可以在激光转换器2的感光面涂覆抗激光损伤涂层，以避免激光转换器2受损，提高其使用寿命。

上述激光功率计还可以包括功率显示器，与功率测试器5连接，以将功率测试器5得到的功率数值进行显示。或者，功率显示器可以与功率测试器5集成在一体，即功率测试器5即具有计算功率数值的功能，又兼备显示功率数值的功能。

在上述技术方案的基础上，激光转换器2的感光面受入射激光照射，使得受光照区域的温度升高，并且，激光转换器2中与受光照区域临近的部分的温度也会升高。为了避免在激光功率较大的情况下，激光转换器2中与受光照区域临近部分的温度过高而发生损伤，可以在激光转换器2中设置冷却装置，以降低与受光照区域临近部分的温度，避免损伤。该冷却装置可采用传导冷却方式、风冷、水冷或其它形式的冷却方式。

其中，传导冷却方式的一种形式是采用导热性能较好的导热结构与激光转换器2贴合，使得激光转换器2的热量通过导热结构快速和周围空气进行热量交换，实现传导冷却，增加与空气的接触面积，提高冷却效率。另一种形式是通过热沉的方式，采用自身温度不随外界传给它的热量变化而变化的设备作为与受光照区域相邻的部分。

风冷的方式，可以在激光转换器2背离受光照区域的一侧设置风扇，加快周围空气的流动速度，以提高冷却效率。

水冷的方式，可以在激光转换器2内设置冷却水路，向冷却水路中通有较低温度的循环水，能够快速带走激光转换器2的热量，也能够加速冷却，提高冷却效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种激光功率计，其特征在于，包括：

激光转换器，用于吸收入射激光，并将所述入射激光转换为红外线向外发射；

红外接收器，用于接收所述红外线，并对所述红外线进行会聚；

红外探测器，用于接收会聚后的红外线，并将所述会聚后的红外线转换为电信号；以及，

功率测试器，与所述红外探测器连接，用于接收所述电信号，并根据所述电信号计算得到所述入射激光的功率值。

2.根据权利要求1所述的激光功率计，其特征在于，所述红外接收器为透射式的红外接收器。

3.根据权利要求1所述的激光功率计，其特征在于，所述红外接收器为反射式的红外接收器。

4.根据权利要求2或3所述的激光功率计，其特征在于，所述激光转换器中设置有冷却装置，所述冷却装置为传导冷却装置、风冷装置或水冷装置。

5.根据权利要求4所述的激光功率计，其特征在于，所述激光转换器的感光面设有吸光涂层。

6.根据权利要求4所述的激光功率计，其特征在于，所述激光转换器的感光面设有抗激光损伤涂层。

7.根据权利要求2所述的激光功率计，其特征在于，所述透射式的红外接收器的表面设有增透膜。

8.根据权利要求3所述的激光功率计，其特征在于，所述反射式的红外接收器的表面设有反射膜，所述反射膜为铝膜、铜膜、银膜或金膜。

9.根据权利要求1所述的激光功率计，其特征在于，所述红外探测器为锑化铟探测器或碲镉汞探测器。

10.根据权利要求1所述的激光功率计，其特征在于，还包括与所述功率测试器连接的功率显示器。