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激光功率计原理激光功率计是一种用来测量激光输出功率的仪器，广泛应用于激光科学、医学、工业等领域。
其原理基于热效应。
本文将就激光功率计的原理进行详细阐述。
1、激光功率计的基本原理激光功率计的基本原理是将激光能量转化为电信号，然后通过电信号来计算激光功率。
其一般分为两类：热效应式功率计和光学式功率计。
其中热效应式功率计是最常见的一种，它的基本原理是将激光束引导到一个吸收能量的元件上，产生热能，并通过测量产生的温度变化来计算激光功率的大小。
2、激光功率计的热效应原理热效应功率计通过激光束的吸收，产生热能使其温度发生变化，从而改变其电学特性，例如电阻值、电容等。
当激光束通过吸收元件时，元件内部的温度会升高，导致元件的电学性能发生变化，从而改变元件的电阻值或电容值。
因此，通过测量该变化，可以计算出激光功率的大小。
3、热效应功率计的元件种类热效应功率计的元件种类繁多，根据激光的波长和功率级别，选择不同的元件可以更好地适应测试需求。
3.1、表面吸收型功率计表面吸收型功率计通常是一种金属导电材料，例如铂电阻、钨电阻等。
激光束穿过元件时被吸收，产生热能，导致电阻值的变化，从而测量激光功率。
3.2、体积吸收型功率计体积吸收型功率计一般是一种玻璃或陶瓷材料，容易吸收激光能量，产生越来越高的温度，从而扩散到周围，并通过热传导扩散到功率计的表面。
通过测量温度变化来计算激光功率。
4、光学式功率计的原理与热效应式功率计不同，光学式功率计通过测量激光束经过传感器时的光强度变化来计算激光功率。
光学式功率计的传感器通常使用各类敏感元件，例如硅光电传感器、红外传感器等等。
直接测量激光的光能，然后通过功率与光能的关系可以计算出激光功率。
5、总结综上所述，激光功率计通过测量激光束在吸收元件上产生的热效应或光学光强度变化来计算其输出功率。
在测试激光系统或者对激光器进行性能测试的过程中，可以选择适当的激光功率计来确保系统的稳定性和精度。
因此，激光功率计在如今激光应用领域已经不可或缺，它在激光科学、医学、工业制造等领域中发挥着十分重要的作用。
光束质量分析仪原理光束质量分析仪是一种用于测量光束质量的仪器。
光束质量是指光束的聚焦能力，也可以理解为光束的准直性和纵向相干性。
光束质量分析仪的基本原理是通过测量光束在空间上的偏离程度来评估光束的质量。
这种偏离可以通过测量光束的发散角、束腰位置和束腰直径等参数来实现。
在光束质量分析仪中，一种常用的测量方法是通过使用探测器阵列来接收光束，并分析光束在阵列上的分布情况。
一般来说，探测器阵列由多个单元组成，每个单元都可以独立地测量光的强度。
根据测量得到的光强分布图，可以得到光束的发散角、束腰位置和束腰直径等参数。
对于高功率激光光束，由于激光束的强度非常高，普通的探测器不能直接接收。
这时可以使用热像仪作为探测器。
热像仪是一种能够将光束的强度转换为热像的仪器。
通过测量热像的分布情况，可以得到光束的质量参数。
除了使用探测器阵列和热像仪，光束质量分析仪还可以使用干涉仪来评估光束的质量。
干涉仪利用光的干涉原理，通过比较光束与参考光束的干涉图案来分析光束的质量。
常见的干涉仪有迈克尔逊干涉仪和扫描干涉仪。
利用干涉仪的干涉图案，可以测量光束的相位、相干长度和相干时间等参数，从而评估光束的质量。
为了提高光束质量分析的准确性，通常需要进行校准。
校准的方法主要有两种：一种是使用已知标准光束进行校准，另一种是与其他光束质量分析仪进行对比校准。
通过校准，可以消除仪器本身引起的误差，并获得更准确的测量结果。
光束质量分析仪在激光加工、激光成像和激光通信等领域得到广泛应用。
通过准确评估光束的质量，可以提高光束在空间传输中的稳定性和准直性，从而提高激光器的工作效率和成像质量。
总结起来，光束质量分析仪是一种用于测量光束质量的仪器，通过测量光束在空间上的偏离程度来评估光束的准直性和纵向相干性。
常用的测量方法包括使用探测器阵列、热像仪和干涉仪等。
通过校准可以提高测量的准确性。
这种仪器在激光加工、成像和通信等领域具有广泛的应用。
大功率Slab CO 2激光器光束质量的测量陈虹，李钰，左铁钏（北京工业大学激光工程研究院，北京100022）摘要：为了充分了解Siab CO 2激光器的光束质量，采用LASERSCOPE UFF100光束光斑质量检测仪对Siab CO 2激光器的光束质量进行了全面的测量研究.从激光束通过飞行光学导光系统（fiying Optics ）前后的光束质量测量、聚焦后光斑的质量测量以及焦点漂移4个方面全面考察了Siab CO 2激光器的光束质量.测量结果表明：Siab CO 2激光器的光束质量因子M 2约为1.1，光束横截面的强度分布接近基模高斯分布；激光束经过长距离的导光系统传输后仍能保持光束横截面的强度分布，采用焦距为190.5mm 的聚焦镜，聚焦光斑的半径约83H m ；在工作范围内（x ：0~3m ）的焦点漂移量约为1mm.关键词：Siab CO 2激光器；光束质量；光束束腰；光束束宽中图分类号：TN 248文献标识码：A文章编号：0254-0037（2005）03-0251-04收稿日期：2004-04-20.激光加工系统只有输出高光束质量的激光束，才能满足激光材料加工的要求.Siab CO 2激光器是目前国际上最新一代CO 2激光器.其谐振腔由前后2个反射镜和上下2个平行的射频电极组成.高纯度工作气体在射频电极之间被激励发光，产生的热量采取扩散冷却，不再需要传统的包括压缩机和气瓶的气体循环系统，气体的损耗可以忽略，集成在谐振腔中的气体可以连续工作12个月.光束质量因子M 2是国际标准化组织所推荐的评价激光光束质量的参数，它的测量实质上可以归为束宽的测量［1-3］.LASERSCOPE UFF100光束光斑质量检测仪，采用带孔空心探针的方法对光斑进行扫描，同时通过转台平动实现对整个光斑横截面的测量，因此可以通过选择不同孔径的空心探针对不同功率激光器的光束光斑质量进行检测.作者测量的Siab CO 2激光器是ROfin DC035Siab CO 2激光器.1测量方案和计算方法1.1测量方案图1飞行光学导光系统示意图Fig.1Sketch map Of the fiyig Optics测量方案分为光束测量和光斑测量.光束的测量在激光束通过飞行光学导光系统前后分别进行；光斑的测量主要是测量聚焦光束的光束质量和在工作范围内的焦点漂移量.测量光束时的激光功率为3.5kW ，测量光斑时的激光功率为1kW.测量示意图如图1所示.图中：1、2、3、4、5均为反射镜；I 、I 、H 、V 为测量点；x 、y 、z 代表加工台的3个方向；A 为光束通过导光系统前测量选取的方向.1.2计算方法用LASERSCOPE UFF100光束光斑质量检测第31卷第3期2005年5月北京工业大学学报JOURNAL OF BEIJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGYVOi.31NO.3!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!May 2005仪在光束传输路径上的不同位置进行测量，得到不同位置处光束或光斑半径；采用多点测量双曲线拟合法计算光束特性参数.由测量结果拟合出形如d 2=a +bz +cz 2的二次双曲线.其中：d 为光束（光斑）直径；z 为光束（光斑）所对应的位置，可以是绝对位置，也可以是相对位置.根据二次曲线的参数a 、b 、c 计算激光光束的参数［4-6］：光束远场发散角（全角）!=!c ；束腰位置光束（光斑）直径d =a -b 2/（4c !）；束腰位置光束（光斑）半径w 0=d /2；束腰位置z 0=-b /（2c ）；光束传输因子M 2=K /（4"ac -b 2/!4）.!测量结果及分析!"#激光光束质量的测量2.1.1未通过传输镜组时激光光束质量的测量图2未通过传输镜组时激光光束质量的测量Fig.2Beam guaiity measurement before the iight through fiying optics在自由大气中测量光束质量是为了考察原始激光束的光束质量.选取光束沿直线传播方向测量，如图1中A 方向.第1个测量位置选择距离激光器出光口较近的位置（距离为0.35m ），然后每相隔1m 为一个测量点.测量结果如图2所示，横坐标z 表示测量点距离激光器出光口的距离，纵坐标r 表示测量光束的半径.测量结果表明，Siab CO 2激光器原始光束的光束质量很好，M 2"1.5，w 0=8.5mm ，!=1.24mrad.从光束的能量分布看，在距离激光器出光口较近的位置，光束模式接近基模，光束的能量分布接近理想的高斯分布，束腰位置大约在距离激光器出光口4m 左右.随着传输距离的增大，激光束的能量分布发生了变化，尤其在距离激光器出光口大约6~7m 时，光束能量分布顶端出现双峰结构且不对称，这是由于激光束中存在非纯正的基模模式造成的.2.1.2通过飞行光学导光系统后激光光束质量的测量在实际应用中，对于波长为10.6H m 的CO 2激光器，需要通过飞行光学导光系统进行传输.激光束从激光器出光口经过十几个镜子传到加工位置后的光束模式和能量分布是保证激光材料加工质量的关键.加工台沿x 方向长3m ，保持y 、z 方向的坐标不变，分别在加工台的最近端和最远端以及两端之间每间隔90mm 取一点（共4个位置，图1中的V 、U 、H 、I ）进行了测量.测量结果的比较如图3、图4所示.激光束经过导光系统到达加工台时，在位置V 处距离激光器出光口的距离为6.5m ，在位置I 处距离（a ）z =6.5m ；（b ）z =7.4m（c ）z =8.3m（d ）z =9.2m ；r =9.517mmr =9.723mmr =10.233mmr =10.500mm图3未通过导光系统时在不同传输位置激光束能量分布图激光器出口的距离为9.2m ，这是实际的加工范围.从图3、图4可以看出，在实际的加工范围内，激光束的能量分布出现双峰且不对称.而且无论激光束通过还是未通过导光系统，测量结果相似，说明导光系统是稳定的.通过比较还可以看出，激光束通过导光系统后光束束宽减小，这主要是因为导光系统中充满了压252北京工业大学学报2005年缩空气，抵御外界空气的进入，减小了空气热透镜等不良效应对光束传输的影响.（a ）z =6.5m ；（b ）z =7.4m（c ）z =8.3m（d ）z =9.2m ；r =9.407mmr =9.740mmr =10.150mmr =10.340mm图4通过导光系统后在不同传输位置激光束能量分布图Fig.4The beam intensity profiie at different position after the iaser passing through the fiying optics!"!聚焦光束质量的测量2.2.1聚焦光束质量的测量图5激光束聚焦后光斑质量的测量Fig.5Measurement of focai beam guaiity在激光焊接过程中，希望得到小而圆的光斑，以获得高的功率密度，达到并维持激光深熔焊接过程.测量采用的聚焦镜焦距f =190.5mm ，测量位置选择在图1中I 位置.在测量位置选定初始测量点后，以初始测量点为基准，分别向上或向下做微小移动，直到找到焦斑最小的位置，测量结果如图5所示.横坐标z 表示测量点与初始测量点的相对距离；纵坐标r 表示聚焦光斑的半径.从测量和计算结果来看，采用f =190.5mm 的聚焦镜，w'f !83Hm ，聚焦后，M 2!1.1.焦点位置处光束的能量分布接近理想的高斯分布，在离焦位置光束横截面能量分布发生变化，出现双峰或多峰结构.激光器输出原始激光的M 2值约为1.5，激光束经过聚焦后，M 2!1.1，出现这种现象的原因主要是，原始激光束在自由大气中传输时会受到空气热透镜等效应的影响，使激光束发散较快，r 和!都变大，这时测量的M 2值会偏大.2.2.2焦点漂移的测定在实际加工过程中发现，当光束行走距离较长时会发生焦点漂移现象，这种现象会影响材料加工的质量［7］.在工作范围内每隔90mm 选取一点，对4个位置进行了测量，即图1所示的I 、I 、J 、V 点.测量的主要目的是要找到光斑最小位置时的z 坐标，测量结果见图6.可以看出，在加工范围内（x ：0~3m ），激光束的焦点漂移量大约为1mm.可见，扩散型板条CO 2激光器的焦点漂移量是很小的.（a ）z 1=-749.80mm ；（b ）z 2=-749.300mm（c ）z 3=-749.300mm（d ）z 4=-748.800mm ；w'f 1=83.8Hm w'f 2=83.3Hm w'f 3=82.3Hm w'f 4=89.3Hm 图6在加工范围内的不同位置处焦点的z 坐标、w'f 和光束能量分布图Fig.6z ，w'f and beam intensity profiie of focai point at different position during the range of work352第3期陈虹等：大功率Siab CO 2激光器光束质量的测量452北京工业大学学报2005年3结束语激光器的光束质量进行了测量.测量作者采用LASERSCOPE UFF100光束光斑质量检测仪对Siab CO2结果表明：该激光器的光束质量非常好，!2!1.1，光束横截面的能量分布接近基模高斯分布；激光束具有良好的传输性能，经过长距离的导光系统传输后仍能保持光束横截面的能量分布，在工作范围内（"：0~3 m）的焦点漂移量小，大约为1mm；采用焦距为190.5mm的聚焦镜，聚焦光斑的半径约为83!m.高光束质激光器可以高质量地完成各种材料加工任务，提高生产效率，不断扩大激光材料加工的应量使得Siab CO2用领域.参考文献：［1］吴晗平.激光光束质量的评价与应用分析［J］.光学·精密工程，2000，8（2）：128-132.WU Han-ping.Evaiuation and appiied anaiysis of iaser beam guaiity［J］.Optics and Precision Engineering，2000，8（2）：128-132.（in Chinese）［2］GAO C，WEBER H.The probiems with!2［J］.Optics&Laser Technoiogy，2000，32：221-224.［3］吕百达.关于激光光束质量若干问题的分析［J］.激光技术，1998，22（1）：13-17.LU Bai-da.Anaiyzing some probiems of iaser beam guaiity［J］.Laser Technoiogy，1998，22（1）：13-17.（in Chinese）［4］牛燕雄，汪岳峰，刘新，等.激光束质量因子!2及其测量［J］.激光技术，1999，23（1）：38-41.NIU Yan-xiong，WANG Yue-feng，LIU Xin，et ai.Beam guaiity factor!2and measurement［J］.Laser Technoiogy，1999，23（1）：38-41.（in Chinese）［5］曾秉斌，徐德衍，王润文.激光光束质量因子!2的物理概念及测试方法［J］.应用激光，1994，14（3）：104-108.ZENG Bing-bin，XU De-yan，WANG Run-wen.Physicai concept and measurement on iaser beam guaiity factor!2［J］.Appiied 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resuits show that the!2factor of focai beam is about1.1，its beam transverse intensity profiie is approaching the ideai Gauss profiie，the iaser beam can propagate a iong way without divergence，the focai beam waist radius is83!m when the fo-cai iength is190.5mm，and the focai shift is about1mm in the range of processing（"：0~3m）.Key words：Siab CO2iaser；beam guaiity；beam waist；beam radius。
激光检测器的工作原理
激光检测器是一种利用激光技术进行光电转换的设备，主要用于测量和检测光信号的强度、位置和时间等参数。
激光检测器的工作原理如下：
1. 激光发射：首先，激光器产生一束单色、单相位的激光光束通过光学系统聚焦形成一个细小的光斑。
2. 光与物体的交互：激光光斑照射到被检测物体上，光与物体表面进行交互，可能发生反射、散射、透射等作用。
3. 光电转换：被交互的光进入激光检测器，其中的光电传感器将光能转换为电能。
不同类型的激光检测器使用不同的光电传感器，如光电二极管、光电倍增管、光电二极管阵列等。
4. 电信号处理：光电传感器将光能转换为电能后，输出相应的电信号。
电信号可能需要经过放大、滤波、脉冲计数等处理，以获得更准确的测量结果。
5. 信号分析和测量：经过处理后的电信号通过电路或者计算机进行进一步的分析和测量，可以得到光信号的强度、位置、时间等参数。
激光检测器广泛应用于科学研究、工业生产、医疗健康等领域，如测量距离、检测物体的位移和速度、检测物体的形状和表面质量等。
激光功率计原理
激光功率计是一种用于测量激光束功率的仪器，它基于激光光束的吸收和散射效应来测量功率。
以下是激光功率计的原理:
1. 热效应原理：激光束在功率计的散射体上产生热量，该热量可通过测量散射体温度的变化来计算激光功率。
具体来说，散射体上的吸收涂层会吸收激光的能量并转化为热量，热量会导致散射体温度升高。
测量散射体温度的变化可以得到激光功率。
2. 辐射压力原理：激光束在散射体上产生压力，该压力可以通过测量散射体位移或形变来计算激光功率。
激光束的辐射压力会使散射体发生微小的位移或形变，测量位移或形变的大小可以得到激光功率。
3. 光电效应原理：激光束通过散射体时，产生的光电信号与激光功率成正比。
测量光电信号的强度可以得到激光功率。
这种原理常用于光电二极管功率计中。
激光功率计根据测量原理的不同，可以分为热效应功率计、辐射压力功率计和光电功率计。
不同类型的功率计适用于不同功率范围和波长范围的激光测量。
同时，激光功率计的测量精度和稳定性也受到散射体材料和散射体与激光束的接触情况等因素的影响。
为了保证测量的准确性，使用者需要根据具体需求选择合适的激光功率计并正确使用。
激光检测原理
激光检测原理是利用激光光束的特性来测量目标物体的特征和位置。
激光是一种具有高度定向性、单色性和相干性的光源，能够以非常狭窄和集中的光束照射在目标物体上。
当激光光束照射到目标物体上时，光束与物体相互作用，产生反射、散射、吸收等现象。
这些光学效应会改变光束的特性，如光的方向、强度、频率和极化态等。
激光检测系统通过接收反射回来的光束来分析目标物体的特征和位置。
一般来说，激光检测系统由发射器、目标物体、接收器和信号处理器组成。
发射器产生激光光束，将其照射到目标物体上。
接收器接收返回的光束，并将其转换为电信号。
信号处理器对接收到的电信号进行分析和处理，得到目标物体的特征和位置信息。
在激光检测中，常用的检测方法包括激光雷达、激光测距仪和激光光栅等。
激光雷达利用激光束的回波时间来测量目标物体的距离和位置。
激光测距仪通过测量光束的飞行时间来计算目标物体到测量仪的距离。
激光光栅则利用光栅的衍射原理来测量目标物体的位置和位移。
总之，激光检测原理利用激光光束与目标物体之间的相互作用来获得目标物体的特征和位置信息。
这种非接触式的测量方法具有高精度、快速和灵敏的特点，在工业制造、环境监测、安全检测等领域有广泛的应用。
激光测量仪的工作原理
激光测量仪的工作原理是利用激光束的发射、传播和接收来测量目标物体的距离和位置。
其主要包括激光器、发射器、接收器和电子控制器这几个部分。
1. 激光器：激光测量仪使用的激光器通常是半导体激光器，其特点是体积小、功耗低、发射能量高。
激光器通过激活半导体材料，使其产生激发，从而产生一束高度聚焦的激光束。
2. 发射器：激光测量仪的发射器将激光束从激光器中引导出来，经过透镜系统进行聚焦和准直，使激光束变得更加稳定和准确。
3. 接收器：激光测量仪的接收器主要是用来接收激光束反射回来的信号。
接收器中通常包含光电二极管或光电探测器，能够将激光束的光能转化为电信号。
4. 电子控制器：激光测量仪的电子控制器负责控制整个测量过程。
它可以控制激光器的开关，以及接收到的激光信号进行放大、滤波和数字化处理，最后通过计算和数据分析得到目标物体的距离和位置。
运行模式：
1. 时差测量法：通过测量激光束反射回来的时间差，根据光在真空中的传播速度，计算出目标物体与测量仪之间的距离。
这种方法适用于测量较长距离。
2. 相位测量法：通过测量相位差，即测量激光束反射回来时的
相位与原先发射时的相位之间的差别，计算出目标物体与测量仪之间的距离。
这种方法适用于高精度测量。
总的来说，激光测量仪利用激光束的发射、传播和接收，通过测量时间差或相位差来计算目标物体的距离和位置。
其优点是测量精度高，测量范围大，适用于许多领域的精密测量和定位。
激光分析仪技术原理激光器是激光分析仪最重要的组成部分之一、它可以产生具有高相干性和单色性的激光束。
常见的激光器包括气体激光器、半导体激光器、固体激光器等。
激光器的发射波长、功率、光束质量等参数对激光分析仪的性能有着重要的影响。
样品是激光束与之相互作用的对象。
样品可以是气体、液体或固体等多种形式的物质。
当激光束与样品相互作用时，会发生一系列的光学和物理过程，如吸收、散射、荧光等。
这些过程中样品会吸收一部分激光能量，并发射出特定的光信号。
探测器是接收并测量样品发射的光信号的装置。
它可以是光电二极管、光电倍增管、光谱仪等。
探测器的选择要根据样品发射的光信号的特点来决定。
探测器接收到样品发射的光信号后，会转换成电信号，并经过电子学处理，得到与被测量相关的信息。
吸收光谱法是利用被测样品对激光光束的吸收特性来进行分析。
当激光光束通过被测样品时，样品会吸收特定波长的光，这部分吸收光的强度与样品中目标组分的浓度有关。
通过测量吸收光的强度变化，可以得到被测样品中目标组分的浓度信息。
荧光光谱法是通过测量被测样品在受激光束的作用下发射出的荧光光谱来进行分析。
当激光光束照射到被测样品上时，样品中的一些分子或原子可能会吸收光束的能量，并发射出特定的荧光光。
这些荧光光的波长和强度可以提供关于被测样品的信息。
拉曼光谱法是通过测量样品受激光束作用后发射的拉曼散射光谱来进行分析。
当激光光束入射到样品上时，样品中的分子或原子会发生振动、转动等运动，这些运动会导致光的频率发生变化，出现了拉曼散射光。
通过测量拉曼散射光的波长和强度变化，可以获得被测样品的结构和组分信息。
综上所述，激光分析仪的工作原理主要涉及激光器、样品和探测器三个主要部分。
通过选择合适的技术和分析方法，可以获取被测样品的相关信息，实现对样品的分析和检测。
激光测量仪原理
激光测量是一种利用激光技术进行测量的方法，其原理基于光的反射与传播速度的固定性。
激光测量仪利用激光器产生的激光束作为测量的基准，通过测量被测物体与激光束之间的距离或位移来实现精确测量。
激光测量仪的原理主要可以归纳为以下几点：
1. 激光测量的基本原理是利用光的反射进行测量。
激光束发射到被测物体上后，一部分光被物体反射回来，而另一部分光则被物体吸收或散射。
激光测量仪通过测量反射回来的光的特性来获取被测物体的相关信息。
2. 激光测量仪利用光的传播速度的固定性进行测量。
激光在真空中的传播速度是一个常量，约为每秒299,792,458米。
通过测量激光从激光测量仪到被测物体以及反射回来的时间，可以计算出被测物体与激光测量仪之间的距离。
3. 激光测量仪可采用时间测量或相位测量的方法进行测量。
时间测量是通过测量激光从发射到接收所需的时间来计算距离，其精度主要取决于测量仪器的时钟精度。
相位测量则是通过测量激光的相位差来计算距离，其精度可以达到亚毫米级别。
激光测量仪广泛应用于工程测量、制造业、地质勘探等领域。
通过利用激光测量仪的原理，我们可以实现对距离、位移、轮廓等物理量的高精度测量与控制。
