1. Лабораторная работа № 1. Тепловой метод измерения мощности лазерного излучения

Цель работы: Изучение теплового метода измерения мощности лазерного излучения. Ознакомление с простейшими тепловыми измерителями энергетических параметров оптического излучения.

1. Измерение мощности и энергии лазерного излучения

   1. Методы измерения энергетических параметров излучения

Наиболее важные характеристики лазерного излучения – энергетические. Именно они в большинстве случаев определяют целесообразность и эффективность использования конкретного типа лазера. К энергетическим характеристикам принято относить мгновенную, среднюю и максимальную мощность лазерного излучения, а также энергию импульса лазерного излучения.

Для лазеров, работающих в режиме непрерывной генерации, характерным энергетическим параметром является средняя мощность (P) лазерного излучения. У лазеров, генерирующих одиночные импульсы, нормируется энергия W в импульсе излучения. Лазеры, работающие в режиме синхронизации мод или модуляции добротности обычно характеризуют параметром P_max - максимальной или Р_ср - средней мощностью излучения. При измерении Р_ср время усреднения (постоянная времени приемника излучения) должно быть много больше частоты следования импульсов.

Действие измерителей энергетических характеристик лазерного излучения основано на различных физических и химических эффектах взаимодействия лазерного излучения с веществом. Широкое распространение получили преобразователи лазерного излучения в тепловую энергию (калориметры, болометры), в электрическую энергию (пироэлектрики), фотоприемники с внешним (фотоэлементы, ФЭУ) и с внутренним (фоторезисторы, фотодиоды) фотоэффектом.

2. Тепловой метод измерения мощности и энергии лазерного излучения

Наиболее точным являются калориметрические преобразователи, поэтому рассмотрим тепловой метод измерения более подробно. Сущность теплового метода измерения энергетических параметров лазерного излучения состоит в том, что энергия излучения при взаимодействии с веществом приемного преобразователя превращается в тепловую энергию, которая измеряется тем или иным способом.

Шире других распространены твердотельные тепловые измерительные преобразователи. Приемные элементы таких преобразователей часто изготавливают в виде полости – полого конуса, сферы с отверстиями, полого цилиндра и комбинаций этих элементов. За счет использования эффектов многократных переотражений излучения внутри полости удается увеличить поглощение приемного преобразователя и тем самым расширить рабочий диапазон длин волн, а также увеличить верхний предел измерения мощности лазерного излучения.

Для измерения тепловой энергии, выделившейся в приемном элементе обычно используют термоэлектрический эффект Зеебека, болометрический эффект - явление изменения сопротивления металлов и полупроводников при изменении температуры.

Основными параметрами измерителей мощности лазерного излучения являются: диапазон измеряемых мощностей, спектральный диапазон, быстродействие, значение коэффициента преобразования световой энергии в электрический сигнал.