激光功率能量计
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44瓦超高功率808 nm半导体激光器设计与制作 仇伯仓，胡海，何晋国 深圳清华大学研究院 深圳瑞波光电子有限公司 1. 引言 半导体激光器采用III-V化合物为其有源介质，通常通过电注入，在有源区通过电子与空穴复合将注入的电能量转换为光子能量。与固态或气体激光相比，半导体激光具有十分显著的特点：1）能量转换效率高，比如典型的808 nm高功率激光的最高电光转换效率可以高达65%以上[1]，与之成为鲜明对照的是，CO2气体激光的能量转换效率仅有10%，而采用传统灯光泵浦的固态激光的能量转换效率更低, 只有1%左右；2）体积小。一个出射功率超过10 W 的半导体激光芯片尺寸大约为mm3, 而一台固态激光更有可能占据实验室的整整一张工作台；3）可靠性高，平均寿命估计可以长达数十万小时[2]；4）价格低廉。半导体激光也同样遵从集成电路工业中的摩尔定律，即性能指标随时间以指数上升的趋势改善，而价格则随时间以指数形式下降。正是因为半导体激光的上述优点，使其愈来愈广泛地应用到国计民生的各个方面，诸如工业应用、信息技术、激光显示、激光医疗以及科学研究与国防应用。随着激光芯片性能的不断提高与其价格的持续下降，以808 nm 以及9xx nm为代表的高功率激光器件已经成为激光加工系统的最核心的关键部件。高功率激光芯片有若干重要技术指标，包括能量转换效率以及器件运行可靠性等。器件的能量转换效率主要取决于芯片的外延结构与器件结构设计，而运行可靠性主要与芯片的腔面处理工艺有关。本文首先简要综述高功率激光的设计思想以及腔面处理方法，随后展示深圳清华大学研究院和深圳瑞波光电子有限公司在研发808nm高功率单管激光芯片方面所取得的主要进展。 2.高功率激光结构设计 图1. 半导体激光外延结构示意图
浅析如何选取激光功率计和能量计 如何选取激光功率 激光功率和能量计主要用来测量光源的输出。无论光发射是来源于弱光源（如荧光），还是来源于高能量的脉冲激光器，功率和能量计都是实验室、生产部门或是工作现场等多种应用环境中必不可少的工具。 虽然功率计和能量计是分别提供的，但随着能够适用大量不同类型的光学传感器的通用型仪表盘或显示装置的发展，它们也被合起来称作单独的一类仪器——功率和能量计，或PEM。仪器所采用的光学传感器的类型，决定了其能测量光功率还是光能量，通常单位分别瓦特（W）或焦耳（J）。具体来讲，功率计能够测量连续波（CW）或者重复脉冲光源，其所使用的传感器通常是热电堆或光电二极管。能量计则通常用于测量脉冲激光，即单脉冲或者重复脉冲光源，其所使用的传感器包括热释电、热电堆，或者带有专门为测量脉冲光源而设计的电路的光电二极管。 系统配置 一些制造商将功率或能量计分为具有控制和示值读数功能的测量部分（或仪表盘）和传感器部分（也称为探测器或探头），两者结合在一起就组成一套“测量系统”。另一些厂商将这两者统称为测量仪。无论哪种分类方式，传感器都存储有校准信息，仪表盘则测量传感器的输出电流，并参考校准表来输出数据。 在某些配置中，仪表盘会作为探测器与用户之间的接口，通过RS-232或者USB连接方式直接向电脑传输测量数据，在这种情况下，显示装置就不再是必需的了。测量数据可能包括功率、差值、总和、线性、对数值和几个通道同时衰减的曲线。大部分PEM仪表盘是数字式的，但是对于功率只有小幅波动的应用而言，模拟式测试仪就足以胜任了。 传感器的选择比较复杂。目前市场上应用的三种主要传感器类型有：光电二极管、热传感器和热释电传感器。光电二极管传感器由光电二极管和ND）滤光片组成，以确保入射到探测器上的功率能够保证传感器线性工作，其中光电二极管通常选用硅（Si）、锗（Ge）或铟砷化镓等材料，每种光电二极管具有不同的峰值波长和响应范围。每个光电二极管在不同的波长处具有不同的响应度。响应度的单位是A/W，代表了传感器将入射光转换为电流的效率。具有快速响应时间的传感器对波长敏感，因此最适用于测量低功率激光。 热传感器通过将入射光转换成热能来测量功率或能量。热传感器在186nm~10.6μm的波长范围内具有平坦的光谱响应，因此其适用于多波长或者非单色光的测量。光电二极管也可以测量紫外（UV）到红外（IR）波段的波长，但是其在不同波长处具有不同的响应度，因此必须将激光波长输入测量仪以获得正确的读数。在1800 nm或更长的波长处，热探测器通常是唯一的选择。热传感器可以承受高功率激光，但是如果功率变化范围较大的话，则需要几秒钟才能达到平衡。由于不像光电二极管那样灵敏，因此热传感器不适合用于低功率测量。 热释电传感器通过将光脉冲能量转换成电压信号来测量脉冲能量。热释电传感器能响应较宽的波长范围，但是其响应曲线不如热传感器那么平坦。热释电传感器只能测量脉冲光源，并有最小带宽要求以使传感器能够“看到”脉冲。 目前市场上的许多功率和能量计都兼容这三类传感器（见图1）。如果将通用型仪表盘和功率传感器一起使用，这套装置就是功率计；如果将通用型仪表盘和能量传感器一起使用，这套装置就是能量计。 图 1：Thorlabs公司为自由空间和光纤应用设计的PM100D功率计，可以兼容超过25种不同的功率和能量传感器。根据所选取的传感器，其可测量的光功率范围为100pW~250W，可测量的能量范围为3μJ~15J。当与新型超紧凑的S150C系列光纤传感器一起使用时，PM100D
1 发射功率是无线电发射设备的主要技术指标，也是无线电管理部门需要检测的技术指标之一。本文主要介绍几种发射功率的测量方法。 功率测量的基本知识１．１ 功率测量的理论分析 在直流和低频时，电压的测量是简单和直接的。功率可以直接通过计算获得，Ｐ＝Ｖ＊Ｉ，由欧姆定律可知Ｖ＝Ｉ＊Ｒ，通过代换Ｖ或Ｉ，可得Ｐ＝Ｖ＊Ｉ ＝Ｉ２Ｒ＝ Ｖ２／Ｒ，只要知道Ｖ、Ｉ、Ｒ中任两个变量的值就可计算出功率值。 但在高频时，根据传输线原理可知，电压和电流可能随传输线的位置改变，如图１所示。 但功率是不变的，因此在射频和微波频率，大多数应用都采用直接功率测量，因为电压和电流测量已变得不现实。 １．２ 功率单位 功率的国际标准单位是瓦特（Ｗ），但在无线电通信领域，我图 １ 高频电压随传输线位置改变 浙江省衢州无线电监测站 郑顺洪 发射功率的 测量方法 52 中国无线电2005/9 检测实验室
2 们常用的单位是分贝毫瓦ｄＢｍ 。定义如下： ＰｄＢｍ＝１０Ｌｇ（Ｐ／Ｐ０） 式中，Ｐ是以毫瓦为单位的功率值；Ｐ０为１ ｍＷ的参考功率。 由上式可知：０ ｄＢｍ是１ ｍＷ。根据对数基本性质，可得到一个简单导则是每３ ｄＢｍ功率加倍，每－３ ｄＢｍ功率减半。每１０ ｄＢｍ为１０倍，每－１０ ｄＢｍ为１／１０。例如＋２９ ｄＢｍ是多少？２９ ｄＢｍ＝（１０＋１０＋３＋３＋３）ｄＢｍ＝（１０＊１０＊２＊２＊２）ｍＷ＝８００ｍＷ，因此结果是８００ ｍＷ。 １．３ 功率的几种常用基本形式 平均功率是指在正常工作情况下，发信机在调制中以与所遇到的最低频率周期相比的足够长的时间间隔内，供给天线馈线的平均功率。对于脉冲调制信号，则要在若干脉动重复上平均信号。在所有功率测量中，平均功率是最常进行的测量。峰功率是指最大瞬时功率。平均功率和峰功率的关系，如图２所示。 对于射频脉冲信号，如果知道信号的占空比，就可从测量得到的平均功率按下列公式确定峰功率。 Ｐｐｅａｋ ＝ Ｐａｖｇ／占空比 发射功率的测量方法 目前我站配备的测量功率的仪器有德国Ｒ＆Ｓ公司的ＣＭＳ５４综测仪、ＦＳＰ３０频谱分析仪、ＮＲＴ功率计。下面分别介绍用这三种仪器测量功率的方法。 ２．１ ＣＭＳ５４综合测试仪测量发射功率 无线电综合测试仪ＣＭＳ５４含射频信号源、调制信号源、频率计、功率计、电压表、信纳比表、邻频功率测量等，其测量的功率范围为５ ｍＷ到５０ Ｗ，频率范围为４００ ｋＨｚ到１ ＭＨｚ。使用ＣＭＳ５４综合测试仪测量发射设备输出功率方法步骤如下： （１）测试线路连接如图３所示。 （２）打开ＣＭＳ电源，待ＣＭＳ进入稳定的测试界面，按ＴＸ－ＴＥＳＴ软键，进入发射测试界面。 （３）开启被测发射设备（已知发射功率小于５０Ｗ），这时即可读出其发射功率。如果知道被测发射设备的发射频率，可以按ＳＥＴ ＲＦ软键，通过键盘设置响应频率，然后再开启被测发射设备，读出发射功率。 ２．２ ＦＳＰ３０频谱分析仪测量发射功率 ＦＳＰ３０频谱分析仪射频输入最大的功率是１Ｗ，当发射设备 输出功率大于１Ｗ时，在ＦＳＰ３０频谱分析仪前加一衰减器，以免烧毁频谱仪。测试方法步骤如下： （１）测试线路连接如图４所示。 （２）将ＦＳＰ３０频谱分析仪的输入衰减器（ＡＴＴ）设置为最大，然后开启被测发射设备。 （３）将被测信号中心频率置于频谱分析仪显示的中心，恰当设置ＳＰＡＮ、ＲＢＷ和ＶＢＷ值，这几个值设置的一般建议是：ＳＰＡＮ必须至少覆盖被测量信号的带宽；ＲＢＷ设置信道带宽的１％和４％之间；ＶＢＷ至少是ＲＢＷ的三倍。 （４）调整频谱分析仪输入衰减器（ＡＴＴ）和参考电平（ＲＥＦＬＥＶＥＬ），使信号接近显示的顶部。 （５）设置检波器工作方式为均方根检波器。步骤如下：按ＴＲＡＣＥ键，使用上下键选择ＤＥＴＥＣＴＯＲ项，按相应软键确定， 图２ 平均功率和峰功率的关系 峰功率 平均功率 图 ３ 测试线路连接 被测发射设备Ｃ ＭＳ５４综测仪 图４ 测试线路连接 被测发射设备衰减器ＦＳＰ３０频谱分析仪 检测实验室 中国无线电2005/9 53
功率测量仪器项目 情况说明及投资建议 情况说明及投资建议参考模板，仅供参考
摘要 该功率测量仪器项目计划总投资22227.43万元，其中：固定资产 投资15669.51万元，占项目总投资的70.50%；流动资金6557.92万元，占项目总投资的29.50%。 达产年营业收入56205.00万元，总成本费用42843.62万元，税 金及附加441.74万元，利润总额13361.38万元，利税总额15646.07 万元，税后净利润10021.03万元，达产年纳税总额5625.03万元；达 产年投资利润率60.11%，投资利税率70.39%，投资回报率45.08%，全部投资回收期3.72年，提供就业职位1049个。 充分依托项目承办单位现有的资源或社会公共设施，以降低投资，加快项目建设进度，采取切实可行的措施节约用水。贯彻主体工程与 环境保护、劳动安全和工业卫生、消防工程“同时设计、同时建设、 同时投产”的总体规划与建设要求。 本功率测量仪器项目报告所描述的投资预算及财务收益预评估基 于一个动态的环境和对未来预测的不确定性，因此，可能会因时间或 其他因素的变化而导致与未来发生的事实不完全一致。
功率测量仪器项目情况说明及投资建议目录 第一章功率测量仪器项目绪论 第二章功率测量仪器项目建设背景及必要性 第三章建设规模分析 第四章功率测量仪器项目选址科学性分析 第五章总图布置 第六章工程设计总体方案 第七章风险评估 第八章职业安全与劳动卫生 第九章项目计划安排 第十章投资估算与经济效益分析
第一章功率测量仪器项目绪论 一、项目名称及承办企业 （一）项目名称 功率测量仪器项目 （二）项目承办单位 xxx有限公司 二、功率测量仪器项目选址及用地规模控制指标 （一）功率测量仪器项目建设选址 项目选址位于某某临港经济技术开发区,地理位置优越，交通便利，规划电力、给排水、通讯等公用设施条件完备，建设条件良好。 （二）功率测量仪器项目用地性质及规模 项目总用地面积55147.56平方米（折合约82.68亩），土地综合 利用率100.00%；项目建设遵循“合理和集约用地”的原则，按照功率测量仪器行业生产规范和要求进行科学设计、合理布局，符合规划建 设要求。 （三）用地控制指标及土建工程
浅谈关于功率分析仪选型的问题 现在市场上，功率分析仪种类繁多，由于功率分析仪侧重方面的不同，起功能上也有着相对的出入，性能方面也是相差甚远，关于功率分析仪的选型，是一个值得讨论的问题，下面则对功率分析仪的选型进行一个分析。 关于功率分析仪，我们都知道它一般情况下是以数字采样技术为核心，以高性能的微处理器、CPLD等为基本器件。在中国大陆销售的进口功率分析仪厂家主要有：日本日置（HIOKI）、日本横河（YOKOGAWA）、美国福禄克（FLUKE）、德国ZIMMER等，国内功率分析仪厂家主要有：银河电气、杭州远方、青岛青智、广州致远等。 由于标准缺失、量值溯源体系不健全，各大厂家的功率分析仪技术指标标称不统一，加上部分厂家基于商业目的，在产品的宣传方面的措词明示或者暗示、省略或含糊使得消费者对真实情况产生误解，并影响其购买决策和其他经济行为。（参见“进口高精度功率分析仪基本误差及精度大揭秘_捍卫国人权益”），功率分析仪精度指标虚高，标称方式混乱的现象较为普遍，加大了用户在功率分析仪选型时的困难。 功率分析仪精度指标虚高，标称方式混乱的现象较为普遍，加大了用户在功率分析仪选型时的困难。因选型不当造成耗费巨资却得不到准确的测量结果的案例屡见不鲜。不当选型的原因可以概括为以下几个方面： 1、功率分析仪功能及操作方式不符合观测者的习惯； 2、对被测对象不了解； 3、对测量仪器不熟悉； 4、未采用正确的测量方法； 5、未全面把握测量条件对测量仪器的影响。 那么，如何选型，才能保障消费者合法权益，确保功率测量的正确性和准确度呢？事实上，任何测量过程，都具有共性，这就是前人归纳总结的观测者、被测对象、测量仪器、测量方法、测量条件等测量五要素。 正确的功率分析仪选型，应该从测量五要素出发：
F43B 电能质量分析仪的功率测量 用户有时会问：“F LUKE 43B 是如何计算功率（有功功率，视在功 率和无功功率）的？它们的计算公式是什么？这里介绍了FLUKE43B 电能质量分析仪主要电能测量功能，并解释了每一测量参数以及在仪器中的计算方法。 测量量： V/A/Hz 模式 功率模式 谐波模式 Vrms, Arms CF 峰值因数 频率 有功功率[W] 视在功率[VA] 无功功率[VAR] 功率因数[PF] Cos ? = DPF 位移功率因数 FFT 功能计算基波和高至51 次谐波的 V ，A 和 功率 K 因数[KF] 整个谐波奇变[THD] 在仪器设置时，可以选择基本或全部电量 电压 /电流 / 频率 电压/电流/频率模式用于在使用其它功能研究信号细节之前 ，先对电压和电流信号进行检查。 此模式可马上显示电压和电流的波形，以及电压有效值、电流有效值、波峰因数，和频率的读数。波峰因数CF 是峰值和有效值之比，可以表示由谐波引起的波形畸变程度。对于正弦波而言，CF 为1.4；对于有高次谐波含量的奇变电流波形，CF 大于1.4。 功率 Cos ? = VA W Cos ? = DPF （位移功率因数/基波功率因数）
Fluke 43B 测量平衡负载上的 1Φ 和 3Φ 功率 (典型的是3相感应电动机负载。注意，如果三相电动机不平衡，这说明电动机有问题，应把它送去维修） 功率功能测量和显示下列功率的数值： 有功功率[W], 视在功率[VA], 无功功率 [VAR], 功率因数[PF], Cos ? = 位移功率因数 [DPF] 和频率 [Hz] 在仪器设置里，可以改变功率的设置（基波或全部）。 谐波 谐波是周期性的电压、电流或功率的正弦波发生了畸变。 谐波信号可以通过FFT 分解为具有不同频率的各种正弦波的组合。各种成分对整个信号的影响由棒图显示。 在此模式中，FLUKE43B 可以显示电压、电流和功率的谐波。 所有的谐波（高至51次）都以棒图显示。在这个例子中，光标设定在三次电流谐波上。右上端显示了三次谐波电流的所有细节：频率是１５０Ｈｚ，幅值为２．８１Ａ，占基波电流的５５．７％ ，相角是１７６°。左上端显示了总的电流幅值为６．０７Ａ相对基波电流整个谐波畸变量（ＴＨＤ％ｆ）是 ６６．７％，ＫＦ是２０．４ K 因数 K 因数表示由于谐波电流的影响造成的变压器的损耗。高次谐波比低次谐波更影响K 因数。下面的公式是FLUKE 43 计算K 因数的定义。 ∑∑= 222) (h h I xI h KF 其中： h = 谐波次数 I h = 以基波百分比表示的谐波电流 仪器的设置 仪器设置可以改变下列设定： ％f ：以基波电流（或电压，功率）百分比的方式显示谐波) %r ：以包含所有谐波的整个电流的幅值的百分比方式显示谐波。 DC..21：显示信号的DC 至21次谐波分量 DC..33：显示信号的DC 至33次谐波分量 DC..51：显示信号的DC 至51次谐波分量 对于功率测量，可以用仪器设置选择相对整体(Full)或相对基波(Fundamental)来分析频谱
不看不知道射频功率测试，就是这么简单 自从第一台无线电发射机诞生之日起，工程师们就开始关心射频功率测量问题，知道今天这依然是个热门话题。无论是在实验室，产线上还是教学中，功率测量都是必不可少的。 在无线电发展初期，测试工程师所面对的大多数是连续波、调幅、调频、调相或脉冲信号，这些信号都是有规律可循的。例如，连续波（如图1）调频或调相信号的功率测量都是很简单，只需要测量其平均功率;调幅信号（如图2）的功率与其调制深度有关，而脉冲信号的特性是以脉冲宽度和占空比来表达。对于以上这些模拟或模拟调制信号，射频功率测量所关心的基本上都是平均功率和峰值功率。 而现在，特别是20世纪90年代以后，数字通信开始快速发展，射频功率测量的重点也开始有些变化。因为数字调制信号（如图3）的包络无规律可循，其最大和最小电平会随机变化，而且变化量很大。为了描述这类信号的特征，引入了一些新的描述方法，如领道功率，突发功率，通道功率等。很多传统的功率计已经无法满足数字信号功率的测量要求，一部分功率测量的任务已经开始由频谱分析仪来完成。 下面我们介绍常见的几种射频功率测量方法，在此之前我们还需要明确一件事在频域测试测量中，为什么习惯以功率来描述信号强度，而不是像时域测试测量中常用的电压和电流？那是因为在射频电路中，由于传输线上存在驻波，电压和电流失去了唯一性，所以射频信号的大小一般用功率来表示，国际通用的功率单位为W，mW，dBm。 频谱分析仪和功率计都是可以测量射频功率的，其中功率计又分为吸收式功率计与通过式功率计两种。 同样是功率测量，不同的测试仪器和测试方法所关注的重点是不同的。 射频功率的测量方法： 频谱分析仪测量吸收式功率测量通过式功率测量
激光功率计使用说明 衰减器滑动拨块取样按钮功率/波长转换开关 感测器衰减器位置指示显示器波长增/减按钮 功率测量: 1、将功率/波长转换开关拨至“W”档。 2、如果待测的激光功率＞10mW，将“衰减器滑动拨块”向感测器端移 动，使功率衰减器遮盖住感测器，此时“衰减器位置指示器”显示为黑色，此时，衰减器在工作位置，所测量的功率不得超过30W/cm2，当衰减器不在工作位置，“衰减器位置指示器”显示为黄色，此时，所测量的功率不得超过0.5W/cm2。 3、按下并压住功率计的“取样按钮”。 4、将功率计插入激光束并使感测器中心对准激光束至少2秒钟以上。注意：将感测器靠近光束正常的入射处，可获得最高的测量精度和减至最小的背反射损失。如果光功率计发出嘟、嘟声响，并且显示器上显示为三条虚线“- - -”，说明此时测量的功率级别已超出最大功率范围。 5、释放取样按钮，将光功率计从光束处移出， 6、在取样按钮被按下时，所测的功率峰值读数在显示器上显示，10秒钟 后，光功率计自动关闭。 波长的设置: 1、将“功率/波长切换开关”拨至λ档，当前的波长读数则在显示器上显
示。 2、用“波长增/减按钮”调整波长从400nm~1064nm。（当波长超过999nm 时，显示器的读数为000至64，表示1000至1064。） 注：波长的设置已经被储存，改变波长的设置是不必要的，除非波长的范围发生变化。 警告！ 如果使用中超过设定的最大功率密度范围，将会导致激光功率计的感测器的损坏。 技术参数 型号：33-1553-000 传感器类型：硅元件 波长范围：400~1064nm 最大测量功率：10Mw 精度：±5% 内置衰减器：1W 最大测量功率密度：0.5W/cm2 最大内置衰减器测量功率密度：30W/cm2 最小功率全刻度：9.99μW 最小功率分辨率：0.01μW 最小可视功率：0.5μW 峰值取样时间：2秒 显示保留时间：10秒 功率显示范围：9.99μW ~ 999 mW 电池寿命:180,000次(12秒/次) 过载声音报警：嘟、嘟
热电偶法 热电偶是由两种小同的金属材料组成的。如果把热电偶的热节点置于微波电磁场中，使之直接吸收微波功率，热节点的温度便上升，并由热电偶检测出温度差，该温差热电势便可作为微波功率的量度。用这种原理设计成的功率计称为热电偶式功率计。又因功率测量中热电偶是做成薄膜形式的，故又叫薄膜热电偶式功率计。 热电偶式功率计由两部分组成：一个用于能量转换的薄膜热电偶座，它将微波能量转化为电动势，另一个是高灵敏度的直流放大器，用来检测热电动势。 早期的薄膜热电偶式功率计的热电偶是用铋．锑金属薄膜制成的，这种热电偶的结构示意图如图2-8所示。图中所示的结构用于同轴功率座。热电偶的节点al和a2置于同轴传输线的高频电磁场，节点b2，b1，b3分别置于同轴线的内、外导体上，它的温度保持不变。当微波功率未输入时，热电堆节点之间没有温差，因而没有输出。当微波功率输入时，通过媒质基体的电容耦合，传输到铋-锑薄膜元件，由帕尔帖效应，在a1，a2节点的温度升高，这就与节点bl，b2，b3产生温差，由温差形成热电势，即贝克塞效应。由于这里的热电堆是串联的，因此，总电势等于每对的和。由于热电偶元件可以制成极薄的片状，因此功率灵敏度较高，动态范围也很宽。 功率指示器是一个高灵敏度的直流放大器，图2-9所示为其原理图。热电偶产生的热电势经斩波器转换成交流电压，前置放大器提供了大约60dB的增益。交流信号放大后进入解调器。解调后的输出信号与功率座吸收的微波功率成正比。为了便于修正功率指示器读数，仪器的读数设有“校准系数开关”，改变其位置，就可以使直流放大器的增益随之变化，从而使指示器得到修正。 薄膜热电偶式功率计具有响应速度快，灵敏度高、动态范罔宽、噪声低和零点漂移小等突出优点，适用于多种场合下的功率测量。它的缺点是过载能力差。此外，由于它的寄 牛电抗大，要使这种同轴功率座工作到18GHz以上是很困难的。1973年出现了半导体薄膜热电偶式功率计，它的工作原理同传统的铋一锑薄膜热电偶式功率计相同，但在热偶材料和功率座的结构上做了大的改进。它是在一个0.76mm平方大小的硅片上集成了两个热电 偶。每个热电偶的电阻为100Ω，它们对高频是并联的而对直流是串联的，其等效电路如图2-10所示。 为了使0.76mm平方人小的集成式双热电偶芯片与同轴传输线的阻抗相匹配，用共面传输线将它与同轴线相连接，共面线通过一段渐变线过渡与热电偶相接。这种结构保证了热电偶与 同轴线之间的良好阻抗匹配，从而使功率座的驻波比在0.01～18GHz频率范围内小于1.4。为了不使热电偶输出的微弱信号受到干扰，直流放大器的斩波器和前置放大器置于功率座内，然后用电缆与放大器连接。这种功率指示器实现了数字化读数和自动化操作，不仅能通过指示器面板上的键盘实现人机对话式操作，还具有信息存储和数据处理能力，从而能够采取某些措施消除和修正误差，提高了测量准确度。 热敏电阻法 热敏电阻是一种具有负温度系数的电阻元件，当它的温度升高时，电阻值就变小。由于它对温度非常敏感，因此被广泛的用于微瓦和毫瓦级的功率测量中。热敏电阻大都为珠形，其直径约为0.05～0.5mm，但也有杆形的。早期使用的热敏电阻元件大多用玻璃壳封装。
光功率计使用说明 一、概述 通常光功率计采用了精确的校准技术，可测量不同波长的光功率，是光电器件、光无源器件、光纤、光缆、光纤通信设备的测量，以及光纤通信系统工程建設和维护的必备的测量工具。 二．技术条件 2．1 性能指标 a．光波长范围： 850 ～1550 nm b．光功率测量范围：－70 ～＋10 dBm c．显示分辨率： 0.01 dB d．准确度： ±5％（－70 ～＋3 dBm ） 非线性：≤ 4％（－70 ～＋3 dBm ） e．环境条件： 工作温度 0 ～55℃ 工作湿度≤ 85％ f．电源： AC 220伏／50Hz ±10％ 2．基本功能 a．显示方式：线性（mw/μw/ nw），对数（dBm）、相对測量（d B）; b．自动功能：自动量程，自动调零，量程保持，平均处理，相对测量
处理, 波长校准; 三．原理 光功率计由五部分组成, 即光探測器、程控放大器和程控滤波器、A/ D转换器、微处理器以及控制面板与数码显示器。其原理方框图如下（图1）： A／D变换器 P I N I／V 程控放大器和滤波器 C P U 控制面板和显示器 图 1. 光功率计原理方块图 被測光由PIN光探测器检测转换为光电流，由后续斩波稳定程控放大器将电流信号转换成电压信号，即实现I／V转换并放大，经程控滤波器滤除斩波附加分量及干扰信号后，送至A／D转换器，变成相应于输入光功率电平的数字信号，由微处理器（CPU）进行数据处理，再由数码显示器显示其数据。CPU可根据注入光功率的大小自动设置量程状态和滤波器状态，同时，可由面板输入指令（通过CPU）控制各部分完成指定工作。不注入光的情况下，可指令仪器自动调零。 四．使用 4．1 面板说明
I 功率型LED 光功率测试仪设计 摘要 功率型LED 光功率测试仪是用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗。通过测量发射端机的绝对功率，一台功率型LED 光功率计就能够评价光端设备的性能。用光功率计与稳定功率型LED 组合使用，则能够测量连接损耗、检验连续性并帮助评估光纤链路传输质量。功率型LED 光功率测试仪具有超宽的光功率测试范围、精准的测试精度和超常的使用寿命。目前，日本安腾公司生产的AQ-1112B 型，测量精度高，可达正负2%以内，但灵敏度较低; 本设计采用光敏电阻达到光电转换的目的，利用高精度单片机STC12C5A60S2作数据处理和显示，精确度很高，可达到正负1%以内。 关键词：LED ，光功率，测试仪 II The Design of The Optical Power Meter of Power Tipe’s LED ABSTRACT Optical power meter of power type’s LED is used to measure the absolute optical power or a relative loss of optical power through a length of optical fiber . By measuring the absol- ute power of the transmitter unit, an optical power meter of power type’s LED is able to eval- uate the performance of light-side equipment. Using an optical power meter with the combi- nation of stable power type’s LED, you can measure the connection loss, test continuity and evaluate the link transmission quality of optical fiber. Optical power meter of power type’s LED has a wide range of optical power test, accurate test precision and extraordinary life. Currently, Japanese company Itanium produces a model AQ-1112B , with high accuracy up to plus or minus 2% or less. However, its sensitivity is too low; This design uses a photo- sensitive resistor to achieve the purpose of photoelectric conversion and a high precision MCU STC12C5A60S2 for data processing and display, with high accuracy up to plus or minus 1% or less.
一、设计题目 光功率计的功能完善 二、设计要求 1、设计一光电转换电路,将所收到的光信号转变为可测量的电信号。 2、测试转换后的电信号,并显示电压值。 3、使光功率计的量程、精度等方面得到完善 三、分析设计 1、工作原理 光功率计主要用于测量光信号的强弱，其内部原理如图1.1所示，光探头就是光敏感面面积较大（直径为1.10mm）的半导体ＰＩＮ光电二极管，加上Ｉ层的ＰＮ结二极管可以提高探测灵敏度和响应速度。被测光通过光纤接口投射到光探头的光敏面上时，半导体中的价带电子激发到导带，偏置电路中便会出现光电流，通过负载电阻实现I/V变换，此电压信号再经滤波放大后，最后由数字式显示器显示。光电流的大小是随输入射光的强度变化的，也就是说负载上电压信号的大小就反应了光强变化，所以显示器可以直接读出光功率的大小。 图1.1光功率计原理框图 2、模块介绍及功能 （1）光电转换、I/V变换放大 将一定功率的光信号经过光电二极管转化为电流信号，再经过滤波通过一个变阻器转化为电压信号，再经过运放变为符合数模转化的电压信号。 图1.2 数字光功率计的光电转换电路图
（2）模数转换及显示 ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。 图1.3 ADC0809的管脚图 AT89C51单片机是Atmel公司的生产的一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机，内部除CPU外，还包括128字节RAM，4个8位并行I/O口，5个中断优先级，2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，片内集成4K 字节可改变程序Flash存储器，具有低功耗，速度快，程序擦写方便等优点，完全满足本系统设计需要。 单片机P0口作为ADC0804转换数据的输入端，P3.0接ADC0809的EOC 端检测数据转换是否结束。P0.0～P0.3则作为４个数码管的位选信号控制。P3口有特殊的功能，P3.1用于控制ADC0804的启动，P2用于控制读取ADC0804的转换结果。
单显功率计由功率传感器和功率指示器两部分组成。功率传感器也称功率计探头，它把高频电信号通过能量转换为可以直接检测的电信号。功率指示器包括信号放大、变换和显示器。显示器直接显示功率值。功率传感器和功率指示器之间用电缆连接。为了适应不同频率、不同功率电平和不同传输线结构的需要，一台功率计要配若干个不同功能的功率计探头。 本仪器专门为检测激光二极管组件质量、判断其好坏而设计的，它具有体积小、性价比高、使用方便等特点。 主要技术指标： 工作方式：电流测量和功率测量两种。 波长选择：532nm650nm635nm780nm808nm980nm 功率测量范围：0-2000mW 电流和功率通过两个3位半/4位半数字表头分别显示。 激光二极管组件供电的电压固定为DC3V和5V，输出电流能力为200mA。 输入电压及容量：220VAC±10%，容量10VA。 使用方法： 接上输入电源线和带夹输出导线，红插头对红插座，黑插头对黑插座；红线或白线对应正极，黑线对应负极，切莫混淆；将光探测器的输出插到仪器的_光输入_。 根据测试对象的工作波长，通过两位开关进行选择。 根据极性和连接方式接好激光二极管组件，开启电源，即可进行测试。仪器左边的_mA_表显示的是激光二极管组件电流，仪器右侧的_mW_表显示请打零贰玖陆捌伍捌壹柒零捌激光二极管组件的输出功率。 测量光功率时请将激光二极管组件的输出光对准探头光输入窗口找出最大值，即为输出光功率。 测试完毕请关断电源，长时间不用请将输入电源线，激光探头和直流带夹输出线拔掉。 注意事项： 输出直流电源线插头与插座及组件供电线即电源极性切莫装反。 测试过程中直流输出线切勿短路。激光二极管组件切勿触及探头以防损伤其芯片。 为防止组件在启动过程中损坏，本电源设置了?慢启动?功能。因此，每次都要重新开启电源，切莫带电接激光二极管组件。 请轻拿轻放，特别应防止探头中的毛玻璃片及硅光电池因震动而脱落或损坏。 gl
功率放大器测试基本常识 一、功率放大器常用测量的仪器： 1.音频信号发生器， 2.毫伏表， 3.示波器， 4.失真仪， 5.负载， 6.信号扫 频仪， 7.万能表, 8.高压测试仪， 9.电阻测试仪。 二、测量仪器连接方式： 三、测试项目： 1.AC 电压测试：单位：V （交流电压） 根据出货地点不同而设定的电压：117±5 V 、220±5 V 。 老化实验时必须提升原电压的10％作为测试电压。 2.DC 电压测试：单位：V （直流电压） 根据各机器要求不同而设定的电压，如±10V 。 3.ID 测试：单位：mv ID 为功率放大器的静态电流之简称。 测试时用万用表200MV 挡，测水泥电阻的两端（发射极对地），标准值为 5MV 或按工程要求。 4.灵敏度测试：(信号强度) 单位：mv 输出额定电压时所须的信号强度：(专业机型)卡侬座700—800 mv ，莲花 音频信号发生器 信号扫频仪 被测产品（功率放大 器） 负载箱 失真仪 毫伏表 示波器 转换器 IN OUT 并联 并联 ＋ － ＋ ＋ － － ＋ ＋ ＋ － － － ＋ － － ＋ ＋ － ～ ～ ～ ～ － －
座400—500 mv或按工程要求。 5.分离度、串音测试：单位：dB 输出额定电压时，两通道间的分离幅度，从一通道满功率输出测另一通道的dB数。标准值60dB。或按工程要求。 6.频响测试：(频率响应) 单位：dB 输出额定电压时，调小本通道VR，使输出衰减10dB,（或20 dB按要求）的电压为“0” dB，调节信号频率至低频和高频（20Hz----20KHz测试），并使信号源幅度不变（输入信号和原来一样），此时的输出与“0” dB相比较，变化在一定范围内±3 dB。 7.信噪比(S\N) 测试：单位：dB或mv 输出额定电压时，去掉信号后的电压，噪音和满功率信号的比值，90dB 以上、3mv以下或按工程要求。 8.额定功率测试：单位：W 2 信号强度和阻抗一定时的电压。功率（P）＝电压（U）/阻抗（R）最大不失真的条件下。 9.失真度测试：单位：％ 1KHz信号，输出额定电压时的失真度。0.5％以下或按工程要求。 10.动态失真测试：单位：％ 输出额定电压时，先关本通道VR至最小，信号源按要求提升25或30dB, 再调大本通道VR，输出10V（例），或按工程要求的电压值，波形不切波，看失真。 11.容性电容测试： 输出额定电压时，把负载调至容性负载，看输出与额定输出相比较的值 应在一定范围内，并且波形无毛刺（振荡）现象。输出额定电压时所加
三种射频功率测量方法 自从第一台无线电发射机诞生之日起，工程师们就开始关心射频功率测量问题，直到今天依然是个热门话题。无论是在实验室、产线，还是教学中，功率测量都是必不可少的。 在无线电发展初期，测试工程师所面对的大多数是连续波、调幅、调频、调相或脉冲信号，这些信号都是有规律可循的。例如，连续波(如图1)调频或调相信号的功率测量都是很简单，只需要测量其平均功率;调幅信号(如图2)的功率与其调制深度有关，而脉冲信号的特性是以脉冲宽度和占空比来表达。对于以上这些模拟或模拟调制信号，射频功率测量所关心的基本上都是平均功率和峰值功率。 而现在，特别是20世纪90年代以后，数字通信开始快速发展，射频功率测量的重点也开始有些变化。因为数字调制信号(如图3)的包络无规律可循，其最大和最小电平会随机变化，而且变化量很大。为了描述这类信号的特征，引入了一些新的描述方法，如领道功率、突发功率、通道功率等。很多传统的功率计已经无法满足数字信号功率的测量要求，一部分功率测量的任务已经开始由频谱分析仪来完成。
下面我们介绍常见的几种射频功率测量方法，在此之前我们还需要明确一件事——在频域测试测量中，为什么习惯以功率来描述信号强度，而不是像时域测试测量中常用的电压和电流?那是因为在射频电路中，由于传输线上存在驻波，电压和电流失去了唯一性，所以射频信号的大小一般用功率来表示，国际通用的功率单位为W、mW、dBm。 频谱分析仪和功率计都是可以测量射频功率的，其中功率计又分为吸收式功率计与通过式功率计两种。 同样是功率测量，不同的测试仪器和测试方法所关注的重点是不同的。 射频功率的测量方法有三种： 频谱分析仪测量； 吸收式功率测量； 通过式功率测量。 1. 频谱分析仪测量 频谱分析仪(以下简称频谱仪)是一种基础的频域测试测量仪器，图4为采用数字中频技术频谱仪的基本工作原理。被测信号经过低通滤波器后进入混频器，与同时进入混频器的本地振荡器信号进行混频。由于混频器是非线性器件，所以会产生互调信号，落入滤波器的信号经过ADC，再依次进入中频滤波器，包络检波器，视频滤波器，视频检波器，最后将轨迹显示在屏幕上。 在进行射频功率参数测量时，频谱仪具有以下特点：
专业课程设计报告 一、设计题目： 光功率计的制作 二、设计要求： 1．利用LD激光二极管作为光源，设计电路测其光功率值大小 2．用数码管显示数值 3．根据数码管显示数值，通过分析，计算光功率值 4．分析实验中存在误差，尽量的克服和消除。 5．记录实验数据，与LD激光二极管光功率真实值大小对照并分析误差等 6．书写实习报告等 三、分析设计 1：光功率计设计分析过程： (a) LD激光二极管发出光信号通过光电接收器（PIN）转化为电信号（电流）。 其中光功率P与电流I存在如下关系：
I=RP （R光电检测器的响应度，P为LD输出光功率值） （b）使用LD,由于光检测器（PIN）形成的是小信号电流，所以必须设计放大电路对小信号进行放大，以达到模数转换芯片所能正常工作所需电压幅值的要求.由于此实验只用到+5v直流电压，对于直流信号只需加电阻放大即可。 (c) 把此电压U的正负两端分别与数码管的31，30管脚相连，经过ICL7107A/D模数转换，用数码管将放大的电压电信号显示出来。(d) 当光信号发生变化时，数码管所显示的数值随放大电路参数的改变而成比例变化，即设计基本正确；数码管所显示的电压值就是此时输入的光功率值的代换值。 即:P=U/（R1*R）其中R：光电检测器响应度 2:光功率计的设计思想: 测量光功率是光纤通信测量一个重要步骤，测量光功率有热学法和光电法和其他的特殊方法。由于我们所学知识的限制，我们通过自己所熟悉的光电法来实现功率计的制作。 光电法就是用光电检测器检测光功率，设计中使用PIN光电二极管作为光电检测器。实质上是测量PIN在受光辐射后产生的微弱电流，根据光功率P与PIN生成电流I的关系式; I=RP 此电流与入射到光敏面上的光功率成正比，R为光电检测器的响应度。检测到的电流经过I/V变换，波长矫正后，再经过A/D转换模块，把模
高功率激光实时检测与控制系统的研究 为了提高激光功率的稳定性和控制精度,设计了一种新颖的高功率激光实时检测与控制装置.该 系统由光功率采样单元和反馈控制单元两部分组成.采样单元利用尾镜的微量透射光进行激光采样,经 衰减后再由探测器进行接收并对其加以处理;然后将处理信号送到反馈控制单元去自动调节放电电流, 以保证输出激光功率的稳定.实验表明,该系统能够实时监控激光的输出功率,有效提高激光功率的控 制精度和稳定性.在4kW轴快流CO2激光器上的实际运行结果表明,该系统可使得激光功率稳定度达 到±0.1%水平. 光固化快速成形激光功率检测系统设计 本文从理论上详细分析了激光功率在光固化快速成形(SL)过程中对树脂涂层固化质量的影响,在此基础上建立一套激光功率实时检测控制系统,实现了加工过程中激光功率的实时检测,同时针对功率的波动采取有效的扫描速度补偿措施,从而得到了高质量的SL制件. 激光功率检测自动化装置研制 Development of an automatic laser power measurement apparatus 利用单片机技术,研制了激光功率检测自动化装置,该装置可实现激光功率计检定和激光功率测量自动化.论述了该装置的工作原理、组成结构设计和数据处理程序设计.该装置具有使用方便、成本低、误差小等特点,经实际测量验证,工作稳定可靠,具有较好的实用价值. 激光功率检测自动化装置 本实用新型公开了一种激光功率检测自动化装置，该装置主要由主控板、快门、显示器、键盘、打印机和电源组成，主控板由中央处理器及其外围电路、快门控制电路、数据采集电路和显示电路等构成。本装置通过中央处理器自动控制快门的开启，采样数据，记录和处理数据，并将采样数据显示出来，将处理结果通过打印机打印出来，减小了误差，节省了人力、物力，保证了操作人员的安全。 激光功率检测装置及检测控制方法 本发明涉及激光的功率或能量的检测，本发明公开了一种激光功率检测装置及检测控制方法。装置包括激光器、位于激光器内的光闸、位于激光器的激光输出端的采样片、会聚透镜、光电二极管、微控器。方法：1)调零；2)关闭光闸，不产生激光；3)微控器采集到杂散光和电磁干扰信号，并作为一个偏置量A保存；4)打开光闸，让激光器产生激光，微控器采集到激光、杂散光和电磁干扰信号的总和B；5)微控器处理(B-A)得到激光的功率值或能量值； 6)改变电路参数，重复以上步骤1)一步骤5)，即得到准确的激光功率值或能量值。本发明结构简单、成本低，能准确、快速地测量激光功率。 可见光波段激光功率测试系统 利用高精度数据处理技术与二阶巴特沃兹低通滤波技术研制了一套可与液晶显示器(LCD)或计算机连接工作的激光测试系统,用于可见光波段巾小功率激光器的光功率、光功率稳定性等参数的检测,最小分辨率为0.01 mW.实验验证,系统的测量误差小于±5%.该激光测试系统工艺简单,价格低廉,检测结果直观、明确,测试精确度高,可广泛应用于中小功率激光器的生产、检测和使用.
超声波声强测量仪 一、详细介绍 超声波在液体声扬中产生空化效应的超声波强度（声功率）仪、超声波声强测量仪是超声波系统一个最主要的指标。它对清洗机的清洗效果，超声波处理机的工作效率有直接的影响。超声波功率（声强）测量仪可随时随地，快速简便地测量声场强度，并直观地给出声功率数值。 根据使用场合不同，超声波功率测试仪可做便携式和在线监测式。 二、技术参数 名称先欧超声波声功率（声强）测量仪 型号X0-2008 / XO-2008D (带D型为高温型） 可测声强范围0~150Wcm2 可测频率范围10KHz~1MHz 探头长度30cm, 40cm, 50cm, 60cm, 100cm 使用温度0~90℃（普通型）/ 0~300℃（高温型带D） 使用介质液体酸碱值PH4~PH10（可选择耐强酸碱型） 响应时间小于0.1秒 使用电源220V，1A
毫伏表外型尺寸 260㎜×132㎜×186㎜ （长×宽×高） 三、基本配置 超声波声功率（声强）测量仪包括毫伏表一台，探头一根，无选配件。 四、技术参数 可测声强范围：0～150W/cm2 可测频率范围：10kHz～1MHz 探头长度：60cm 使用温度：0～90℃（普通型） 0～300℃（高温型） 使用说明书： 液体声场中的超声波强度(声功率)是超声波系统一个最主要的指标。它对清洗机的清洗效果，超声波处理机的工作效率有直接的影响。超声波功率(声强)测试仪可随时随地，快速简便地测量声场强度，并直观地给出声功率数值。 根据使用场合地不同，超声波功率测试仪可做成便携式和在线监测式。 工作原理： 测量仪运用的是压电陶瓷的正压电特性，即压电效应。当我们对压电陶瓷施加一个作用力时，它就能将该作用力转换成电信号。在同样条件下，作用力越强，电压越高。若该作用力的大小以一定的周期变化，则压电陶瓷就输出一个同频率的交流电压信号。由于空化作用和其他干扰，实际的电压波形是一个主波和许多次波的叠加。要了解声场的实际作用波形，建议用频谱分析仪或示波器观察。 连接: 探测仪的输出端请接通用的交流微伏表或交流毫伏表INPUT端，仪表量程一般可设定在300mv或3v。OUTPUT端输出超声波的实际波型状态。如有必要，可外接示波器或频谱分析仪观察。探棒头部是超声波的敏感区域。 测量： 手握探棒手柄，将探棒头部插入到待测区域，同时看探测仪的输出，此电压值V即代表了该测量区域的超声波强度。若电压表的量程不合适，请随时调整。 超声波声强测量仪实物图片