[实用新型]一种便携式激光功率计

说明书

技术领域

本实用新型涉及激光测量及通信技术领域中的激光功率计，尤其涉及一种便携式激光功率计；可广泛应用于物理、化学、光学、生物、机械等各个与激光相关的领域。

背景技术

1960年美国物理学家西奥多·梅曼等人研制出第一台红宝石激光器，1961年贾万等人制成了氦氖激光器，1962年霍耳等人发明了砷化镓半导体激光器，1966年科学家们又研制成了波长可在一段范围内连续调节的有机染料激光器；此后激光器的发展越来越快，种类越来越多，覆盖波段也越来越广。由于激光器具备的种种突出特点，因而被很快运用于工业、农业、精密测量、机械加工、通讯与信息处理、医疗、军事等各方面，并在许多领域引起了革命性的突破。

随着激光产生和应用技术的发展，对激光技术参数的测量也提出了越来越高的要求。众所周知，激光的功率(光强)是激光/激光器最重要的技术参数之一。不仅激光绝对的功率大小广受众人关注，而且在很多尖端的科研和技术领域，对激光功率的稳定度也有非常高的要求。这就需要测量激光功率的仪器同时具有很高的精确度和准确度。

目前激光功率计的接收探头为热电堆式和半导体式两种。热电堆式探头利用激光的热效应，将热能转化成电能从而得出测量结果。其优点是绝对测量结果不随激光波长的改变而改变，但其有一个致命缺点就是在对毫瓦级的弱光进行测量时，环境温度的起伏甚至空气的流动都会对测量结果造成很大的扰动。这一特点决定了其无法达到很高的测量精度和准确度。另一种半导体式探头是利用半导体PN节上的光生伏特效应来将光能转化为电信号。这一工作原理使其摆脱了环境起伏对测量结果的扰动，从而可以达到很高的测量精度和准确度。但因为不同波长/频率的单个光子所携带的能量不同，这就造成了其对不同波长的激光有不同的响应特性和灵敏度。所以需要在电路中增加一个补偿单元，来校正其对不同波长的非线性响应。

目前的半导体光功率计均在不同程度上存在以下技术缺陷：

1、工作波长单一或切换不便以及测量范围狭窄：因为光电二极管的电流/光功率特性随波长而改变，所以多数功率计为单一波长工作模式或者通过电阻排来在几个特定波长中进行切换。通用性很差并且切换很不方便。另外目前的半导体激光功率计均采用单个探头来工作，而目前用任何一种半导体材料制成的探头都有一定的工作范围，一般仅为0.6～0.7μm。

2、量程单一或粗糙：由于光器件和电器件的噪声及性能限制，当使用量程为瓦级的功率计测量毫瓦级激光的功率时偏差会非常大，测量微瓦级激光的功率则根本无法实现。而目前的激光功率计一般只有单个或两三个量程。根本无法解决测量范围与测量精度之间的矛盾。

3、调零机制欠缺：因为光电二极管(光电池)或多或少的都存在一定的暗电流，所有的运算放大器等电子元件也都存在输入偏置电流，并且测量环境中的光线(如白天的日光和夜晚的灯光)都会在测量的结果上增加一个直流的偏移。如果缺乏调零的机制或不完善则进行弱光测量时会给测量的结果带来很大的偏差。

4、供电模式单一：多为外置直流电源供电或内置电池供电。单一外置直流电源供电会使功率计丧失便携性和移动性；单一内置电池供电会使测量过程的连续性和可靠性没有保障。

5、缺乏与其它采集控制设备的兼容性：目前的光功率计一般只提供液晶显示屏作为显示终端，而没有与其它设备通信的端口。这样会给整个系统采集控制的自动化造成很大不便。

目前中国国内尚无同时具有连续波长补偿、调零、多量程大范围测量、模拟输出等功能的功率计专利产品，所以高精度激光功率计的应用领域全部依赖进口。而国外的产品大量的使用单片机，A/D转换，包括数字显示部分都是单片机来控制。一方面软硬结合的工作方式极大地增加了产品的不稳定因素，另一方面也增加了非常多的生产成本。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种便携式激光功率计，解决了现有激光功率计工作波长、量程、供电模式单一，无调零机制及可扩展性等问题，具有更好的通用性、兼容性、可靠性，及更高的测量精度。

本实用新型的目的是这样实现的：

待测激光经衰减，由光电二极管接收转为光电流后，经前置放大电路转成电压信号，再经波长补偿电路和调零电路转为表示真实光功率的电压值，输出至电压表显示或由模拟通信接口输出；整个系统由单电源转双电源一分二电源电路供电。

功率计有20μW-2W共6个量程以保证测量精度，由面板上单刀六掷开关切换；用模拟开关搭建取样电阻切换电路来选择前置运放的增益，采用逻辑门及模拟开关组成小数点定位电路来控制电压表上小数点的位置。