高(gao)功率(lv)激(ji)光(guang)器(qi)測(ce)量-熱(re)電(dian)堆(dui)（Thermopile）探(tan)測(ce)器(qi)

高(gao)功率(lv)激(ji)光(guang)器(qi)測(ce)量-熱(re)電(dian)堆(dui)（Thermopile）探(tan)測(ce)器(qi)

激(ji)光(guang)功率(lv)（或能(neng)量）是(shi)表征激(ji)光(guang)器(qi)重(zhong)要(yao)的參(can)數，主(zhu)要(yao)的探(tan)測(ce)器(qi)類(lei)型(xing)有光(guang)電(dian)二極管(guan)，熱(re)電(dian)堆(dui)探(tan)測(ce)器(qi)和熱(re)釋電(dian)探(tan)測(ce)器(qi)。除(chu)此(ci)以外(wai)，特(te)殊(shu)應用還(hai)有光(guang)電(dian)倍增管，雪崩(beng)二(er)極(ji)管等(deng)。常見(jian)高(gao)功率(lv)激(ji)光(guang)器(qi)（YAG, CO₂等(deng)）功率(lv)測(ce)量的(de)主(zhu)要(yao)設(she)備就(jiu)是(shi)熱(re)電(dian)堆(dui)探(tan)測(ce)器(qi)。熱(re)電(dian)堆(dui)探(tan)測(ce)器(qi)的(de)主(zhu)要(yao)優(you)點(dian)是(shi)：高(gao)功率(lv)（uW-KW）及響應波(bo)段寬（紫外(wai)到(dao)>10um），響(xiang)應範圍為(wei)整個紅(hong)外(wai)區域，室(shi)溫下工作，使(shi)用方便(bian)。而(er)且(qie)整個響(xiang)應區域，響(xiang)應度曲(qu)線(xian)整體平(ping)整，隨(sui)波(bo)長變(bian)化不大(da)，特(te)別(bie)適(shi)用於寬(kuan)波(bo)段光(guang)學(xue)測(ce)量。它(ta)的(de)劣勢是(shi)響應速(su)度慢，低(di)功率(lv)（uW級(ji)）測(ce)量準(zhun)確(que)性不高(gao)。

熱(re)電(dian)堆(dui)（Thermopile）探(tan)測(ce)器(qi)原(yuan)理(li)

熱(re)電(dian)堆(dui)傳感器(qi)由兩種不同(tong)金(jin)屬(shu)連(lian)接(jie)在壹起(qi)，是(shi)利(li)用溫(wen)差電(dian)現象制(zhi)成(cheng)的壹(yi)種(zhong)器件，在熱(re)端(duan)和冷端有溫差時(shi)，回(hui)路(lu)中(zhong)會(hui)產(chan)生(sheng)溫(wen)差電(dian)動勢，其(qi)數(shu)值(zhi)與輻(fu)射(she)量有關。激(ji)光(guang)功率(lv)照射(she)熱(re)電(dian)堆(dui)的導熱(re)盤(pan)，測(ce)量出(chu)的(de)溫度變(bian)化正(zheng)比(bi)於入(ru)射(she)的光(guang)功率(lv)。由於所(suo)有的熱(re)量都可以被熱(re)電(dian)堆(dui)吸(xi)收，檢測(ce)器(qi)的(de)響(xiang)應幾乎(hu)是(shi)獨(du)立於激(ji)光(guang)光(guang)束(shu)大(da)小(xiao)和位置。Newport的(de)探(tan)測(ce)器(qi)均(jun)勻性(xing)達(da)到(dao)<±2%.

熱(re)電(dian)堆(dui)盤(pan)類(lei)型(xing)（表(biao)面與(yu)體吸(xi)收結構）

沒(mei)有壹種(zhong)吸(xi)收體符(fu)合所(suo)有激(ji)光(guang)功率(lv)測(ce)量的(de)需求(qiu)。長脈沖(chong)（0.1-10ms）和連續波(bo)的吸(xi)收體，其(qi)特(te)征是(shi)薄（壹般為0.1µm）和耐火(huo)材料，因(yin)為在(zai)脈沖(chong)持(chi)續時間內，熱(re)可以通過(guo)塗(tu)層進(jin)入(ru)到(dao)導熱(re)盤(pan)。而(er)測(ce)量短脈沖(chong)（<1us）的激(ji)光(guang)不(bu)能(neng)采(cai)用上(shang)述(shu)結構，所(suo)有的能(neng)量沈(chen)積(ji)在壹(yi)個薄的表(biao)面層(ceng)，這會(hui)導致(zhi)導熱(re)盤(pan)表(biao)面的(de)破(po)壞(huai)和蒸發。

熱(re)電(dian)堆(dui)可以測(ce)量激(ji)光(guang)功率(lv)從幾十(shi)微(wei)瓦(wa)到(dao)千(qian)瓦(wa)不(bu)等(deng)。然而(er)，導熱(re)盤(pan)的(de)測(ce)量範(fan)圍(wei)是(shi)有限的。如(ru)果(guo)兩種材料熱(re)和冷的交界(jie)處的(de)溫度差異(yi)超(chao)過(guo)幾十(shi)度，不(bu)斷(duan)加熱(re)/冷卻會(hui)導致(zhi)器(qi)件過(guo)早損(sun)壞(huai)。因(yin)此，為(wei)了適(shi)應不同(tong)的(de)功率(lv)測(ce)量範(fan)圍(wei)，需要(yao)選擇不(bu)同(tong)厚(hou)度和大(da)小(xiao)的(de)導熱(re)盤(pan)，厚(hou)的(de)用於高(gao)功率(lv)激(ji)光(guang)測(ce)量,薄的用於低(di)功率(lv)。導熱(re)盤(pan)的(de)響(xiang)應時間是(shi)取決(jue)於它(ta)們(men)的大(da)小(xiao)和形狀：直(zhi)徑(jing)較(jiao)大(da)和較(jiao)厚(hou)的(de)導熱(re)盤(pan)比(bi)薄和小的(de)導熱(re)盤(pan)響(xiang)應慢。

測(ce)量短脈沖(chong)激(ji)光(guang)時(shi)（幾十(shi)個(ge)微(wei)秒或(huo)甚至(zhi)更短），熱(re)沈(chen)積(ji)在短時間(jian)內不(bu)能(neng)流(liu)入(ru)導熱(re)盤(pan)。因(yin)此，吸(xi)收的能(neng)量在(zai)壹(yi)個薄的表(biao)面層(ceng)是(shi)不合適(shi)的。在這(zhe)種(zhong)情況(kuang)下，使用體吸(xi)收結構。中(zhong)性(xing)密(mi)度玻(bo)璃(li)吸(xi)收光(guang)的(de)深度為(wei)1-3毫米(mi)而(er)不(bu)是(shi)微(wei)米(mi)級(ji)。因(yin)此，即(ji)使短脈沖(chong)在沒(mei)有熱(re)量流(liu)動(dong)，光(guang)和熱(re)沈(chen)積(ji)到(dao)相(xiang)當的(de)深度，因(yin)此體吸(xi)收結構能(neng)夠(gou)承(cheng)受更高(gao)的能(neng)量密(mi)度——達(da)10焦(jiao)耳/平(ping)方厘米(mi)。

高(gao)功率(lv)熱(re)電(dian)堆(dui)探(tan)測(ce)器(qi)的(de)標(biao)定方法(fa)和準(zhun)確(que)性

高(gao)功率(lv)（5KW）熱(re)電(dian)堆(dui)探(tan)測(ce)器(qi)Newport 919P-5KW-50是(shi)使用相(xiang)對較(jiao)低(di)功率(lv)的激(ji)光(guang)器(qi)150-300W進(jin)行(xing)標(biao)定。使(shi)用這(zhe)樣(yang)的低(di)功率(lv)激(ji)光(guang)進(jin)行(xing)標(biao)定，而(er)當使(shi)用高(gao)功率(lv)測(ce)量時(shi)，就(jiu)會(hui)讓(rang)人想到(dao)關(guan)於標(biao)定精度的(de)問(wen)題。通過(guo)熱(re)電(dian)堆(dui)探(tan)測(ce)器(qi)的(de)工(gong)作原(yuan)理(li)可知(zhi)，由於它(ta)是(shi)電(dian)壓產(chan)生(sheng)裝(zhuang)置(zhi)，因(yin)此電(dian)壓輸(shu)出必須是(shi)線性的(de)。如(ru)果在(zai)低功率(lv)的校準(zhun)是(shi)準(zhun)確(que)的，在高(gao)功率(lv)它將(jiang)保(bao)持(chi)較(jiao)高(gao)的準(zhun)確(que)性，919P-5KW-50的準(zhun)確(que)度在(zai)±5%以上(shang)。

使(shi)用熱(re)電(dian)堆(dui)探(tan)測(ce)器(qi)來測(ce)量單(dan)脈沖(chong)能(neng)量

雖(sui)然(ran)熱(re)電(dian)堆(dui)激(ji)光(guang)功率(lv)探(tan)測(ce)器(qi)主(zhu)要(yao)用於測(ce)量功率(lv)，其(qi)實(shi)它(ta)還(hai)可測(ce)量單(dan)脈沖(chong)能(neng)量。由於導熱(re)盤(pan)加(jia)熱(re)和冷卻下來的時間通常(chang)是(shi)幾秒(miao)鐘(zhong)，這種(zhong)熱(re)探(tan)測(ce)器(qi)只(zhi)能(neng)測(ce)量每幾秒(miao)鐘(zhong)壹個(ge)的單壹脈沖(chong)，因(yin)此它(ta)僅僅適(shi)用於所(suo)謂的“Single shot”的測(ce)量，而(er)且(qie)測(ce)量的(de)脈沖(chong)寬度是(shi)沒有限制的(de)。

Newport 919P-020-12響(xiang)應度曲(qu)線(xian)

響(xiang)應範圍為(wei)整個紅(hong)外(wai)區域，且(qie)響應度隨(sui)波(bo)長變(bian)化極小(xiao)。測(ce)試(shi)結果(guo)見(jian)下圖(tu)。

森(sen)泉(quan)為(wei)您的科(ke)研事(shi)業添(tian)磚(zhuan)加(jia)瓦(wa)：

1）  激(ji)光(guang)控(kong)制(zhi)：激(ji)光(guang)電(dian)流源、激(ji)光(guang)器(qi)溫(wen)控(kong)器、激(ji)光(guang)器(qi)控(kong)制(zhi)、伺服設(she)備與(yu)系(xi)統(tong)等(deng)等(deng)

2）  探(tan)測(ce)器(qi)：光(guang)電(dian)探(tan)測(ce)器(qi)、單(dan)光(guang)子(zi)計(ji)數(shu)器、單光(guang)子(zi)探(tan)測(ce)器(qi)、CCD、光(guang)譜(pu)分析系(xi)統(tong)等(deng)等(deng)

3）  定位與加(jia)工(gong)：納(na)米(mi)定位系(xi)統(tong)、微(wei)納(na)運(yun)動(dong)系(xi)統(tong)、多(duo)維(wei)位移臺(tai)、旋轉臺(tai)、微(wei)型操(cao)作器(qi)等(deng)等(deng)

4）  光(guang)源：半(ban)導體激(ji)光(guang)器(qi)、固(gu)體激(ji)光(guang)器(qi)、單(dan)頻激(ji)光(guang)器(qi)、單(dan)縱(zong)模(mo)激(ji)光(guang)器(qi)、窄(zhai)線(xian)寬激(ji)光(guang)器(qi)、光(guang)通(tong)訊(xun)波(bo)段激(ji)光(guang)器(qi)、CO2激(ji)光(guang)器(qi)、中(zhong)紅(hong)外(wai)激(ji)光(guang)器(qi)、染(ran)料激(ji)光(guang)器(qi)、飛(fei)秒(miao)超(chao)快激(ji)光(guang)器(qi)等(deng)等(deng)

5）  光(guang)機械件：用於光(guang)路(lu)系(xi)統(tong)搭(da)建的高(gao)品(pin)質(zhi)無(wu)應力光(guang)機械件，如光(guang)學(xue)調整架、鏡(jing)架、支(zhi)撐(cheng)桿(gan)、固定底(di)座(zuo)等(deng)等(deng)

6）  光(guang)學(xue)平(ping)臺：主(zhu)動隔(ge)振(zhen)平(ping)臺、氣浮隔(ge)振(zhen)臺、實驗桌(zhuo)、剛(gang)性(xing)工作臺(tai)、面包(bao)板、隔(ge)振(zhen)、隔(ge)磁(ci)、隔(ge)聲(sheng)綜(zong)合解(jie)決(jue)方案等(deng)等(deng)

7）  光(guang)學(xue)元(yuan)件：各(ge)類(lei)晶(jing)體、光(guang)纖(xian)、偏(pian)轉(zhuan)鏡(jing)、反射(she)鏡(jing)、透射(she)鏡(jing)、半(ban)透半(ban)反鏡(jing)、濾光(guang)片、衰(shuai)減片、玻片等(deng)等(deng)

8） 染(ran)料：激(ji)光(guang)染(ran)料、熒光(guang)染(ran)料、光(guang)致(zhi)變(bian)色(se)染(ran)料、光(guang)致(zhi)發光(guang)染(ran)料、吸(xi)收染(ran)料等(deng)等(deng)