選擇何種傳(chuan) 感器？

　　這部分內(nei) 容將介紹哪些類型的傳(chuan) 感器可用於(yu) 測量功率，哪些可用於(yu) 測量能量，以及它們(men) 的測量範圍。用於(yu) 測量功率的熱電堆探測器往往麵積較大，具有較高的損傷(shang) 閾值，功率測量範圍從(cong) 毫瓦到千瓦。基於(yu) 半導體(ti) 的光電二極管探測器不但體(ti) 積較小，而且靈敏度高，功率測量範圍從(cong) 皮瓦到毫瓦。

　　這三種類型的探測器都可用於(yu) 測量能量。熱電堆探測器是毫秒（ms）量級單脈衝(chong) 測量、或者每個(ge) 脈衝(chong) 能量達幾焦耳的高能量光束測量的理想選擇。熱釋電探測器最適合短脈衝(chong) （脈寬從(cong) fs到ms）和寬能量範圍（從(cong) 50nJ到焦耳量級）的測量。光電探測器則適合測量低能量（從(cong) fJ到mJ量級）的短脈衝(chong) （脈寬從(cong) fs到ms）。每個(ge) 探頭和儀(yi) 器模塊的關(guan) 鍵指標的性能範圍有較大差異，用戶在選擇之前，最好要提前與(yu) 產(chan) 品專(zhuan) 家了解具體(ti) 情況。

　　光電二極管探測器可與(yu) 積分球一起使用，以獲得對光源的均勻和準確測量。Lasermet公司帶有積分球的光電二極管探頭，通常能夠測量的功率小至1μW；緊湊型探頭能夠測量的功率小至1nW，光束可以直接照射到這種光電二極管上（見圖2）。熱探頭通常可以測量的功率低至1mW。

　　圖2：Lasermet公司的手持式ADM1000數字式測量儀(yi) ，通過熱探頭和光電二極管探頭，能在較寬的波長範圍內(nei) 測量功率和能量，並可以選擇是否配備積分球。配備的加速電路可在700ns內(nei) 獲得最終讀數10％以內(nei) 的響應度。ADM1000可用於(yu) 測量、顯示高達400kHz的脈衝(chong) 波形。

　　對於(yu) 高功率光源，Lasermet公司的光電二極管探頭通常可以測量的最大功率為(wei) 1W，如果采用濾光片截止掉90％或者99％的光束（盡管這將引起反射並且會(hui) 影響測量的準確度），則可以測量更高的功率。熱探頭可以測量的功率高達20W，特製的熱探頭可以測量功率高達100W甚至幾千瓦的激光。

　　光電二極管擁有最快的響應速度。Lasermet公司的IPDH-10S和IPDH-10C光電二極管與(yu) ADM1000一起使用時，頻率響應可達到400kHz，這比市場上其他任何探測器的響應速度大約快1000倍。這樣的響應速度能夠分離和顯示單脈衝(chong) 波形，並且可以測量出單脈衝(chong) 的能量。

　　光電二極管也提供了更高的熱穩定性，而熱探測器則容易受到熱幹擾和熱漂移的影響，因此更難準確使用。目前市場上已經有一些熱探測器結合了溫度穩定技術，從(cong) 而大大減少了熱漂移。

#p#分頁標題#e#　　關(guan) 鍵指標

　　選擇PEM時首先要考慮的指標是傳(chuan) 感器的波長範圍以及對功率和能量的測量範圍。測量儀(yi) 應該能夠在未飽和的狀態下給出測量值。通常飽和電流在10mA量級（峰值響應處的功率約為(wei) 10mW）。高功率的測量通常采用積分球或光衰減器來降低飽和。係統的另一個(ge) 重要指標是最低可測量的功率/能量水平處的信噪比。典型的噪聲水平在幾mW量級，高靈敏度模塊可測量的功率低至1μW。   

    在挑選了合適的探頭來測量激光或寬帶光源後，下一個(ge) 要考慮的問題是破壞閾值。用戶需要了解被測量的功率和能量密度，以免探頭被破壞。這需要了解光斑尺寸以及能量分布。高斯光束在光束頂部具有非常高的功率/能量密度。

　　脈寬是測量脈衝(chong) 激光時需要考慮的一個(ge) 關(guan) 鍵因素。大多數傳(chuan) 感器具有不同的基於(yu) 峰值功率的破壞閾值；當脈衝(chong) 能量相同時，短脈衝(chong) 相比較而言將具有高得多的峰值功率，更容易破壞傳(chuan) 感器。對於(yu) 高於(yu) 破壞閾值的應用，用戶可采用的衰減手段包括分光器、漫反射和中性濾光片等。

　　另一個(ge) 重要的指標是不確定度，這關(guan) 係到準確性和一致性。大多數公司根據美國標準技術協會(hui) （NIST）製定的標準對其儀(yi) 器進行校準，這些標準提供了基於(yu) 標準物理常數的不確定度，例如水中的溫升。準確度的誤差應以百分比的形式對每個(ge) 傳(chuan) 感器和顯示器進行標注（見圖3）。

　　圖3：OSI公司的Juno是一種多功能緊湊型PEM，其與(yu) OSI公司的所有“智能型”熱釋電、熱電堆和光電二極管傳(chuan) 感器兼容。Juno的波長測量範圍從(cong) 紫外到遠紅外，能量測量範圍從(cong) 100fJ到幾百焦，功率測量範圍從(cong) 10pW到10kW，光源的重複頻率可高達10kHz。Juno通過USB接口將筆記本或台式電腦轉換成一個(ge) 激光PEM，是現場和實驗室應用的理想選擇，另外其也可作為(wei) 內(nei) 置的OEM傳(chuan) 感器。

　　每種型號的探頭和測量儀(yi) 器的關(guan) 鍵指標的工作範圍相差巨大。選擇的關(guan) 鍵是要使激光器或光源的輸出參數與(yu) 探測器和儀(yi) 器的指標相匹配，即測量儀(yi) 器的指標應該覆蓋激光器的輸出參數。

　　權衡與(yu) 取舍

　　選擇PEM時需要進行許多權衡與(yu) 取舍。例如，如果用戶需要測量光束直徑小的高功率激光，就需要具有高損傷(shang) 閾值的探頭。但是具有高損傷(shang) 閾值的PEM的靈敏度並不高，所以無法用同一個(ge) 探頭讀取極高和極低的功率。用於(yu) 更高讀數的能量探測器也會(hui) 碰到同樣的情況。此外，某些特定產(chan) 品可以測量單個(ge) 脈衝(chong) 的高能量，但是它們(men) 隻能在低重複頻率下工作，不能在高功率下應用。因此，在實際應用中，用戶需要根據具體(ti) 情況進行一定的權衡。#p#分頁標題#e#

　　雖然PEM已經出現了很長一段時間，但激光和太赫茲(zi) 源技術的新進展，已經為(wei) 光源測量創造了新的挑戰，這些測量需要獨特的傳(chuan) 感器和儀(yi) 器。自從(cong) 高重複頻率DPSS和光纖激光器出現以來，測量和控製重複頻率為(wei) 100kHz甚至更高頻率的脈衝(chong) 激光器的輸出，曾一度讓人們(men) 麵臨(lin) 很大的困難。Gentec-EO公司宣稱其Mach 5是一款能夠很好解決(jue) 上述需求的數字焦耳計，希望廣大用戶真正能從(cong) 中受益