激光功率和能量計主要用來測量光源的輸出。無論光發(fā)射是來源于弱光源(如熒光)，還是來源于高能量的脈沖激光器，功率和能量計都是實驗室、生產(chǎn)部門或是工作現(xiàn)場等多種應(yīng)用環(huán)境中必不可少的工具。雖然功率計和能量計是分別提供的，但隨著能夠大量不同類型的光學(xué)傳感器的通用型儀表盤或顯示裝置的發(fā)展，它們也被合起來稱作單獨的一類儀器——功率和能量計。

功率計一般由熱電堆或光電二極管構(gòu)成，熱電堆用來測高功率，光電二極管用來測低功率。能量計由熱釋電材料構(gòu)成，熱釋電材料對脈沖信號有響應(yīng)。其中將激光功率轉(zhuǎn)換成熱量的膜層起著非常重要的作用，是激光功率或能量計的核心技術(shù)。

熱電堆功率計反應(yīng)時間都比較慢，由其原理決定的，熱電堆功率的響應(yīng)時間取決于激光在功率計表面被膜層吸收后，產(chǎn)生的熱量傳遞到功率計圓盤邊緣所需要的熱傳遞時間。測量功率越大，一般來說所需要的探測圓盤直徑越大，對較大的功率計探頭而言，熱傳遞所需要的時間都在秒量級，所以超大功率計所需要的響應(yīng)時間也比較長。當(dāng)然也有一些特殊設(shè)計的熱電偶結(jié)構(gòu)，測量熱傳遞的方向和激光方向一致，把這個方向的熱電偶做的很薄，微米量級，這樣大大降低了熱傳遞所需要的時間，可將功率計熱響應(yīng)時間下降到毫秒以下。

激光探頭是一個涂有熱電材料的吸收體，熱電材料吸收大部分的光能量并轉(zhuǎn)化成熱量，只有少部分反射。吸收與反射比例與材料的光譜響應(yīng)曲線有關(guān)，吸收體的儲熱體和它的厚度決定了熱量傳輸?shù)教筋^的速度和反應(yīng)時間。探頭溫度變化，能夠產(chǎn)生電流，電流通過薄片環(huán)形電阻轉(zhuǎn)變成電壓信號傳輸出來。

功率計標(biāo)定的目的，是校準(zhǔn)自身測量精度，保證測量數(shù)值在功率計使用報告的誤差范圍內(nèi)，從而保證功率計正常的使用精度。功率計標(biāo)定采用第三方功率計來測量，根據(jù)出廠標(biāo)定報告，采用不同的功率，在不損壞功率計的前提下，檢驗功率計實際標(biāo)定的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

功率測量，是考慮系統(tǒng)和隨機誤差基礎(chǔ)上，獲取功率真實值的一個過程，存在一定的功率不確定性。對于功率測量，存在兩種功率，一種是準(zhǔn)確度，即實測值與真實值之間的偏差;另一種是功率穩(wěn)定性，即反復(fù)同一條件測量的功率波動范圍。

具體來講，功率計能夠測量連續(xù)波(CW)或者重復(fù)脈沖光源，其所使用的傳感器通常是熱電堆或光電二極管。能量計則通常用于測量脈沖激光，即單脈沖或者重復(fù)脈沖光源，其所使用的傳感器包括熱釋電、熱電堆，或者帶有專門為測量脈沖光源而設(shè)計的電路的光電二極管。

光電二極管功率計原理：

光電二極管的核心部分是個PN結(jié)，當(dāng)在PN結(jié)加上適當(dāng)反向電壓時，由于缺乏載流子，PN結(jié)內(nèi)無電流通過。當(dāng)光子照射在PN結(jié)上時，電子或空穴擺脫束縛，在PN結(jié)內(nèi)形成光生載流子，光生載流子在電場的作用下產(chǎn)生漂移而形成電流，電流的大小和入射光的能量成比例。光電二極管是基于光電效應(yīng)，響應(yīng)時間很快但也很容易電流飽和，只能測非常小的功率。

熱釋電能量計原理：

當(dāng)熱釋電晶體受熱時，晶體就會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，使晶體兩端產(chǎn)生極化電荷，在晶體的兩端鍍上金屬層，構(gòu)成了一個電容器。則在溫度梯度作用下，極化的電荷集結(jié)在電容器的兩端，產(chǎn)生電壓信號。電壓信號與探測器膜層吸收光轉(zhuǎn)化的熱量形成的溫度梯度成正比。熱釋電探頭不適合探測連續(xù)或長脈寬的激光，因為電容器的存儲的電荷容易飽和或者說電容器只對交流或脈沖信號有響應(yīng)。

審核編輯 黃宇