（大功率激光功率计新机理研究 毕业设计 79页 44470字 包括开题报告 文献综述 任务书 程序 外文翻译 论文正文40页））

摘 要
光电测试技术是20世纪一门发展迅速的新学科，经过长时期的发展，特别是近几十年，光电探测系统在性能、应用范围、使用效果等方面都得到了很大发展，为我们解决各工程领域光电探测间题做出了很大贡献。为满足国防科学技术研究的需要，进行强激光功率测试的研究和设计是十分必要的。
目前，国内外激光功率计大多采用热电原理和光电原理，但这些激光功率计只能测量小功率激光器，并不能测量大功率激光器的功率，主要原因是大功率激光引起的温升较大，容易将探测器烧坏。本次设计主要目的是寻找新型探测器用来测量大功率激光。
一般来说，激光功率计由两部分组成，即功率计镜头和功率计电子箱。功率计镜头含有会聚物镜组加分光束的光学系统以及光电转换器件；功率计电子箱由光电转换电路、跟随电路、时序控制电路、积分电路、A／D转换电路、显示电路等组成。处理电路采用单片机作为中心控制器件，大大简化了电路设计，减小了体积和重量。
在本文中，主要是介绍了激光功率计基本组成，并设计出两个方案用于大功率激光的测量。
关键词：激光发射机；激光功率计；光电检测；光子牵引探测器


Abstract
The photoelectric testing technology is a rapidly developing in the 20th century as a new disciplines, it has been undergone for along time development .Specially, in last ten years, the photoelectric detection system has been developed rapidly in performances, applications and effects, and made a significant contribution to solve the photoelectric detection problem in varies engineering fields.
So it is necessary to carry out the research and design of a high power laser tester to meet the requirement of the defense science and technology.
Currently, most domestic and international laser power meter use thermal power principles and PV theory, but these moves can only be measured small power lasers, and can not be measured high power lasers, laser-induced mainly high rising of temperature, larger detectors will burn easily. The main purpose of this design is a new detector used to measure laser power.
General speaking, laser power meter composed of two parts, namely, the camera lens of the power and the power of electronic boxes. The camera lens of the power includes assemble object lens group and sub-beam lens optical system, photovoltaic conversion pieces; the power of electronic boxes contain photovoltaic conversion of the electronic circuit box, following circuits, timing control circuit, scoring circuit, A/D conversion circuits, such as show circuit. Single chip used as a processing center control circuit devices, big simplified circuit design, reduced size and weight.
In this paper, mainly introduced laser power meter basic composition, and design two project for the measurement of laser power.


The key word : the laser emitter ;a laser power-tester; photoelectric detect technology; photon drag photodetector



目 录
0 前言 1
0.1 概述 1
0.2 研究历史与状况 1
0.3 存在问题 2
0.4 研究思路 2
0.5 研究意义 3
1 激光辐射及其测量基础知识 4
1.1 激光特点 4
1.2 激光参数测试概述 6
1.3 激光功率测试技术 7
1.4 激光功率测试技术的发展状况 8
2光电探测系统设计基础知识 8
2.1光电探测技术 9
2.2光电检测系统 9
2.3 光辐射的探测方法 10
2.3.1 直接探测方法 10
2.3.2 光外差探测方法 11
2.4光电检测中的光学系统 11
2.4.1光学系统在光电检测中的作用 11
2.4.2测试设备对光学系统性能要求 13
2.4.3 光学系统的使用要求 13
2.4.4 光学系统的具体设计 14
2.4.5 背景与环镜光影响的消除 14
2.4.6 分束镜 17
2.5光电探测器的校正 18
2.5.1变光度的实现 19
2.5.2 一般变光度的方法 19
2.6 光电信号检测电路设计要求 21
3目前功率计所用原理 21
3.1 功率计的组成 21
3.2 功率计原理介绍 21
3.2.1 热电原理 22
3.2.2压电法 23
3.2.3干涉法 24
3.2.4光电效应 25
3.3光电探测器 27
3.3.1 光伏探测器 28
3.3.2 光电导探测器 30
4大功率激光功率计探测器的选择 31
4.1方案一 31
4.2方案二 32
4.3 利与弊 33
5测试电路设计 34
5.1 基本组成 34
5.2 前置放大电路 34
5.3 跟随电路 36
5.4积分电路 37
5.5 A/D转换电路 37
5.6 显示电路 37
5.7 结构设计 38
6 误差分析 38
结束语 40
参考文献 41
致 谢 42
附录 43






0 前言
0.1 概述
激光是二十世纪最伟大的发明之一，它的诞生使五彩缤纷的光世界进入了新的时期。激光迅速应用于各个领域，尤其是在医学和军事领域。激光医疗与光子生物学在21世纪的发展前景和重要性绝不亚于信息光电子技术，激光和光纤技术可能帮助找到攻克心血管病、癌症等危害人类疾病的新方法，包括基于激光的诊断、手术和治疗。随着激光在医学应用中的日益发展, 出现了光动力学治疗肿瘤的新方法。血卟啉加激光辐照治疗食管癌、胃癌和膀胱癌等疾病有一定的疗效, 引起了人们的关注。在临床治疗中, 铜蒸气激光或金蒸气激光等通过光纤耦合后, 常采用柱状光纤输出的弥散光。定量测量柱状弥散头医用光纤的激光功率, 对辐
照剂量与疗效之间的关系进行定量分析的研究至关重要。同样，激光武器的发展也突发猛进，某反坦克导弹武器系统是国家重点型号项目，该武器系统拟装备陆军世纪反坦克旅，能有效的摧毁2000年前后世界上装备的最新式坦克。激光发射机又是激光指令传输系统的主要组成部分，它通过不同市场发出激光指令信息波来传输制导控制指令。因此，激光的输出功率是激光发射机的重要参数之一，如果该参数异常，将直接导致激光指令传输系统不能正常工作，甚至造成导弹时空的严重后果。因此必须对激光发射机输出激光束的有效功率进行定期检测。 随着激光的应用日益广泛，对激光功率的测量也变得更加重要。
0.2 研究历史与状况
光电测试系统的性能与光电探测器的发展密切相关。随着光电测试系统应要求的不断增多，对探测器的性能也不断提出种种新的要求，这主要是在工作波段、响应度、驰豫时间、工作频率、敏感面积和结构工艺等方面，从而促进了光电探测器的发展：另一方面新型探测器的出现又为光电系统的发厢开辟了新的途径。目前从近紫外到远红外，均有性能指标很高的光电探测器，14～40 ㎛长波红外光电探测器的性能也在不断提高，可适用的器件和类越来越多。探测器的响应时间最高的已小于1㎲左右，光束可在几百MHZ调频工作。有的探测器的探测能力可探测单个光子。多元器件中，并联可达180元，sprite扫积型探测器和并串联 64 64元探测器己应用多年。焦平面型探测器近年来也有很大发展，CCD和IRCCD都己实现了商品化，新型凝视列阵及串并行mn素列探测器均已走向实用化。综合利用现代探测器的成果，提高应用效果是目前光电测试系统发展的重要方向之一。
随着科学技术和经济的快速发展，对光电测试技术提出了新的要求。光电测试技术的途一步发展，就是要发展光学纳米技术、光学层析技术、光学超分辨技术、光学超元技术等光电测试新技术。可以预见的未来，光电测试技术将在以下几个方面获得进一步发展：[16]
（l）亚微米级、纳米级的高精密光电测试技术；
（2）微型化、集成化、低成本的非接触式光电传感器；
（3）新型光电器件的广泛应用，如半导体激光器及其阵列、光开关、光滤波器、 光电探测器阵列等；
（4）快速高效的三维全场动态测试技术；
（5）与计算机和控制技术结合的闭环式光电测试技术；
（6）光学诊断和光学无损伤检测技术等。
近年来，国内外激光功率计和能量计发展迅速，在经历许多年的研究后技术已经相对成熟，有许多方法已被广泛应用。
0.3 存在问题
目前的激光功率计大都只能测量小功率激光器的，例如
LTP-200型高准确度激光小功率计可广泛应用于科研、教学、通讯、兵器等领域，是测量激光小功率的专用测试仪器。[6][16] 波长范围：（220～1100）nm 、功率值范围：(10-2～102) mW、 不确定度：0.5% 。但测量功率大于10W 的激光功率计就存在较大误差。其中激光功率检测目前多采用人工操作，特别是中功率以上计量器具检定时，还需专人负责遮光器（通常为耐火砖），不仅麻烦、费时、费工、容易引起人为误差或操作失误。
0.4 研究思路
现在的激光功率计测量原理主要是热电原理和光电原理。这次主要是研究光电原理，目前的激光功率计主要是应用光电效应，将光能转换为其它的能量再测量其功率值。基于光子牵引原理制作的光子牵引探测器适合测量高功率激光，由于光子牵引效应不产生过剩载流子，不存在载流子复合寿命问题，其响应时间只受渡越时间的影响，因而响应速率很高，并且可以在室温下工作，使用方便，同时不需要外接电源，因而可以降低噪声，简化屏蔽装置。此外，它可以在大块半导体材料上承受高的辐射光功率不知损坏，但缺点是响应率低，即每千瓦光功率辐射仅有几毫伏输出，若要精确测量此电量，其后要加一噪声小的运放电路。

0.5 研究意义
随着激光技术进入人们各行各业的日常生活中、大功率激光的出现，原有激光功率计的精度和测量范围远远不能满足人们的要求。因此，新激光功率计对人们进一步掌握激光起着关键性的作用，大功率激光功率计的研究将是一个长久的课题，等着人们去挑战！