高功率激光器测量-热电堆（Thermopile）探测器

激光功率（或能量）是表征激光器重要的参数，主要的探测器类型有光电二极管，热电堆探测器和热释电探测器。除此以外，特殊应用还有光电倍增管，雪崩二极管等。常见高功率激光器（YAG, CO₂等）功率测量的主要设备就是热电堆探测器。热电堆探测器的主要优点是：高功率（uW-KW）及响应波段宽（紫外到>10um），响应范围为整个红外区域，室温下工作，使用方便。而且整个响应区域，响应度曲线整体平整，随波长变化不大，特别适用于宽波段光学测量。它的劣势是响应速度慢，低功率（uW级）测量准确性不高。

热电堆（Thermopile）探测器原理

热电堆传感器由两种不同金属连接在一起，是利用温差电现象制成的一种器件，在热端和冷端有温差时，回路中会产生温差电动势，其数值与辐射量有关。激光功率照射热电堆的导热盘，测量出的温度变化正比于入射的光功率。由于所有的热量都可以被热电堆吸收，检测器的响应几乎是独立于激光光束大小和位置。Newport的探测器均匀性达到<±2%.

热电堆盘类型（表面与体吸收结构）

没有一种吸收体符合所有激光功率测量的需求。长脉冲（0.1-10ms）和连续波的吸收体，其特征是薄（一般为0.1µm）和耐火材料，因为在脉冲持续时间内，热可以通过涂层进入到导热盘。而测量短脉冲（<1us）的激光不能采用上述结构，所有的能量沉积在一个薄的表面层，这会导致导热盘表面的破坏和蒸发。

热电堆可以测量激光功率从几十微瓦到千瓦不等。然而，导热盘的测量范围是有限的。如果两种材料热和冷的交界处的温度差异超过几十度，不断加热/冷却会导致器件过早损坏。因此，为了适应不同的功率测量范围，需要选择不同厚度和大小的导热盘，厚的用于高功率激光测量,薄的用于低功率。导热盘的响应时间是取决于它们的大小和形状：直径较大和较厚的导热盘比薄和小的导热盘响应慢。

测量短脉冲激光时（几十个微秒或甚至更短），热沉积在短时间内不能流入导热盘。因此，吸收的能量在一个薄的表面层是不合适的。在这种情况下，使用体吸收结构。中性密度玻璃吸收光的深度为1-3毫米而不是微米级。因此，即使短脉冲在没有热量流动，光和热沉积到相当的深度，因此体吸收结构能够承受更高的能量密度——达10焦耳/平方厘米。

高功率热电堆探测器的标定方法和准确性

高功率（5KW）热电堆探测器Newport 919P-5KW-50是使用相对较低功率的激光器150-300W进行标定。使用这样的低功率激光进行标定，而当使用高功率测量时，就会让人想到关于标定精度的问题。通过热电堆探测器的工作原理可知，由于它是电压产生装置，因此电压输出必须是线性的。如果在低功率的校准是准确的，在高功率它将保持较高的准确性，919P-5KW-50的准确度在±5%以上。

使用热电堆探测器来测量单脉冲能量

虽然热电堆激光功率探测器主要用于测量功率，其实它还可测量单脉冲能量。由于导热盘加热和冷却下来的时间通常是几秒钟，这种热探测器只能测量每几秒钟一个的单一脉冲，因此它仅仅适用于所谓的“Single shot”的测量，而且测量的脉冲宽度是没有限制的。

Newport 919P-020-12响应度曲线

响应范围为整个红外区域，且响应度随波长变化极小。测试结果见下图。

森泉为您的科研事业添砖加瓦：

1）  激光控制：激光电流源、激光器温控器、激光器控制、伺服设备与系统等等

2）  探测器：光电探测器、单光子计数器、单光子探测器、CCD、光谱分析系统等等

3）  定位与加工：纳米定位系统、微纳运动系统、多维位移台、旋转台、微型操作器等等

4）  光源：半导体激光器、固体激光器、单频激光器、单纵模激光器、窄线宽激光器、光通讯波段激光器、CO2激光器、中红外激光器、染料激光器、飞秒超快激光器等等

5）  光机械件：用于光路系统搭建的高品质无应力光机械件，如光学调整架、镜架、支撑杆、固定底座等等

6）  光学平台：主动隔振平台、气浮隔振台、实验桌、刚性工作台、面包板、隔振、隔磁、隔声综合解决方案等等

7）  光学元件：各类晶体、光纤、偏转镜、反射镜、透射镜、半透半反镜、滤光片、衰减片、玻片等等

8） 染料：激光染料、荧光染料、光致变色染料、光致发光染料、吸收染料等等