光是一种电磁波,频谱范围从γ射线到无线电波。在这个范围内,我们最感兴趣的波段是激光探测波段,即从深紫外到100 μm。光也可以被看成是粒子,即没有质量和电荷、但有一定能量的光子。对于激光测量中的光传播,常用的物理量是以nm或μm为单位的波长。激光的功率测量是光电领域中的重要测量物理量。而光功率探测器一般有光电二极管探测器和热敏探测器。
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激光功率探测—光敏二极管探测器和热敏探测器
一. 光电二极管探测器
光电二极管的结构通常是1个PN结,中间是本征层,也称之为耗尽层或耗尽区,入射的光子在耗尽区激发自由电子和空穴,并引导它们分别向两极运动,从而产生光电流。
表征光电二极管时,我们会用到量子效率,这里其实是指内部量子效率,即产生的电子数与进入载荷子区的光子数之比,用于确定光电二极管的性能。光电二极管的响应度,对应外部量子效率,即产生的电子数与所有到达二极管表面的光子数之比,包括因表面反射或吸收而没有进入载荷子区的光子,所以一般内部量子效率高于外部量子效率。这种探测器的优势和缺点分别是:
优势:响应速度快、灵敏度高、线性度好、噪声低、暗电流小、尺寸小。
缺点:易饱和、光谱范围有限、易受温度影响、有效区域有限、放大电路。
二. 热敏探测器
热敏探头先将光子能量转化成热量,再转化成电流。热敏功率探头基于热电效应(亦称为塞贝克效应):金属或合金的一端受热时会释放电子,电子会朝着较冷的一端移动,这是一种只要存在温度差就会产生的现象,产生于金属之间。
使用热敏功率探头测量较低的功率水平时,需要防止敏感区域受到黑体辐射。此外,也不要有任何通风或环境温度变化。而热敏探测器同样有着自身的优势和缺点在于:
优势:耐用性高、光谱范围大、有效区域大。
缺点:灵敏度较差、噪声大、响应速度慢、尺寸较大。
对于连续光,光电二极管探测器和热敏探测器都适用,但光电二极管探测器更精准。而对于较高峰值功率的脉冲光,热敏功率探测器更为合适。
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