Энергетические параметры и характеристики лазерного излучения
Энергетические параметры источников излучения составляют важную группу в системе параметров. В большинстве случаев именно они определяют целесообразность и эффективность использования источников излучения в системах передачи различного назначения.
Для измерения энергетических параметров лазерного излучения используются методы, основанные на различных физических и химических эффектах взаимодействия лазерного излучения с веществом. Однако наиболее широкое распространение получили методы, основанные на преобразовании энергии лазерного излучения в тепловую энергию (тепловой метод) и в энергию электрического тока (фотоэлектрический и пироэлектрический методы).
Тепловой метод
Сущность этого метода состоит в том, что энергия излучения при взаимодействии с веществом приемного преобразователя превращается в тепловую энергию, которая впоследствии измеряется тем или иным способом.
Для измерения тепловой энергии, выделившейся в первичном измерительном преобразователе, обычно используют:
термоэлектрический эффект Зеебека (возникновение термоэлектродвижущей силы между нагретым и холодным спаями двух разнородных металлов или полупроводников);
явление изменения сопротивления металлов и полупроводников при изменении температуры;
фазовые переходы "твердое тело-жидкость" (лед-вода);
эффект линейного или объемного расширения веществ при нагревании
Необходимо отметить, что все тепловые приемные измерительные преобразователи в принципе являются калориметрами.
Наиболее широкое распространение для измерения таких усредняемых во времени энергетических параметров лазерного излучения, как энергия и средняя мощность, получили именно калориметры.
К достоинствам калориметров относятся:
широкий спектральный и динамический диапазон работы;
высокая линейность;
точность и стабильность характеристик;
простота конструкции;
возможность их использования с высокоточными цифровыми приборами
Любая калориметрическая система содержит внутреннее калориметрическое тело K, в котором протекает процесс выделения или поглощения тепла, и внешнюю оболочкуO, с которой происходит теплообмен калориметрического тела путем теплопроводности, конвекции и излучения.
Рисунок 1 − Принципиальная схема калориметра
Тепловой поток от калориметрического тела на оболочку зависит главным образом от разности температур их поверхностей.
Наиболее широкое распространение для измерения таких усредненных во времени энергетических параметров лазерного изучения, как энергия и средняя мощность, получили калориметры переменной температуры или неизотермические калориметры.
Основными параметрами измерителей мощности лазерного излучения являются: диапазон измеряемых мощностей, спектральный диапазон, быстродействие, значение коэффициента преобразования световой энергии в электрический сигнал.
Фотоэлектрический метод
Данный метод измерения энергетических параметров лазерного излучения основан на переходе носителей заряда под действием фотонов измеряемого излучения на более высокие энергетические уровни. В качестве фотоэлектрических приемных измерительных преобразователей используют фотоприемники (ФП), которые делятся на две группы: с внешним и внутренним фотоэффектом.
Внешний фотоэффект заключается в испускании электронов под действием фотонов в вакуум, внутренний - в переходе электронов из связанного состояния под действием фотонов в свободное, т.е. в возбужденное состояние внутри материала. В обоих случаях переход происходит при поглощении веществом отдельных квантов излучения, поэтому фотоприемники являются квантовыми приборами. Энергия электромагнитного излучения в них непосредственно превращается в электрическую, которую затем измеряют. Выходной электрический сигнал ФП зависит не от мощности падающего излучения, а от количества квантов излучения и энергии каждого кванта.
