1、 1 激光功率计的设计 专业 班级 ：光电信息工程 120X 任课老师：赵茗 姓名： XXX 学号 : X2 一、 概述 激光功率计从传感器（将光能转变为电信号的器件）分，有 下列 三种： 1、 量热方式 ：其优点是波长范围宽，适合大功率测量，缺点是灵敏度较低，时间常数大。 2、 光电方式 ：其优点是灵敏度很高，适合微小功率测量，时间常数小，缺点是波长范围窄，灵敏度 -波长特性变化较大。 3、 热释电方式 ，其优点是波长范围宽，灵敏度高，时间常数很小，缺点是只限于测量单脉冲激光功率，需要 100 兆欧左右的高输入阻抗的特殊放大器。 二、 原理 激光功率计主要用于测量激光信号的强弱。 目前测量激
2、光功率的方法有两种，一种是热转换方式，一种是半导体光电检测方式。前一种的光谱响应曲线平坦、准确度高，但是成本高，响应时间长 。 用半导体光电检测可以 得到比较高的探测灵敏度和响应速度。 我选择设计一个半导体光电方式检测的激光功率计。 原理图： 具体 电路原理框图： 3 光电池用于接收光信号并将光信号转换为电信号，而其工作原理不做具体详述。而此时电信号比较微弱，即所对应的 电压值较小，然后通过 放大电路将信号进行放大以便于感应测量。 AD 转换电路的功能为将电流由交流变为直流 。再后面是读数显示模块，我 在此处整合到万用表，即用万用表来代替数显的部分。 三、 设计电路图 根据实际应的激光功率计的
3、电路框图可以找到适当的电子元件进行搭建实验，具体的元件选型和其功能如下图所示： 硅光电池 BPW34：具有高光电探测率、比较大的光敏面积、高光电灵敏度，快速响应时间、体积小等特点。 （ 1）大辐射敏感区（ A=7.5 平方毫米） （ 2）广角半灵敏度 =65 度 （ 3）高光敏感性 （ 4）响应时间短，能快速响应 （ 5）小结电容 （ 6）适用于可见光和近红外辐射 运算放大器 CA3140：常用的高输入阻抗运算放大器。其为美国无线电公司研制开发的一种 BiMOS 高电压的运算放大器在一片集成芯片上，该 CA3140A 和CA3140 BiMOS 运算放大器功能保护 MOSFET 的栅极（ PM
4、OS 上）中的晶体管输入电路提供非常高的输入阻抗，极低输入电流和高速性能。操作电源电压从 4V 至36V（无论单或双电源 ),它结合了压电 PMOS 晶体管工艺和高电压双授晶体管的优点 .(互补对称金属氧化物半导体 )卓越性能的运放。 数字万用表：是电学实验室必备的一种测量仪器，内部有高精度的数模转化器和显示器，其特性足够我们搭建激光功率计性能的需要。 4 仿真电路图： 硅光电池 BPW34 光谱相应曲线： 5 CA3140 引脚定义图 三、参数 6 上图实际上是一个 I- V(电流 -电压 )转换器。根据硅光电池的工作原理可知 ， 在线性测量中光电池必须工作在短路状态下。 由理想运算放大器的
5、特点可知 ： 图中光电池工作在短路状态下 ， If = Ip = Isc = e( ) Se( ) Isc 为光电池的短路电流 , Ip 为光电池的光生电流 , Se( )为光谱灵敏度 , ( )为入射光功率 。 运算放大器的输出可表示为 : feefSCfpff RSRIRIRIV )()( （ 1） 关于数显部分的万用表： 制作 mW 级光功率计 ,必须考虑反馈电阻 Rf 的阻值选择。已知硅光电池对于波长为 640nm,入射功率 1mW 的光产生的电流为 0.567738mA。若要要求入射光功率为 1mW 的情况下运算放大器的输出为 1V,则根据式 (1)可以计算得到反馈电阻的取值为 17
6、61.38 , 因此用电压表测量 I-V 转换器的输出电压 ,就可以知道光的功率。比如电压大小为 2V 时 ,对应的 640nm 的光的功率为 2mW。 制作 W 级光功率计 ,必须考虑反馈电阻 Rf 的阻值选择。已知硅光电池对于波长为 640nm,入射功率 1W 的光产生的电流为 0.567738A。若要要求入射光功率为1W 的情况下运算放大器的输出为 1V,则根据式 (1)可以计算得到反馈电阻的取值为 1.76138 , 因此用电压表测量 I-V 转换器的输出电压 ,就可以知道光的功率。比如电压大小为 2V 时 ,对应的 640nm 的光的功率为 2W。 下表为对应不同的波长 应该选取的电
7、阻值： wav S() Rf(W) Rf(mW) 400.058 0.043252 23.1206 23120.6 409.903 0.056697 17.6378 17637.8 419.912 0.075523 13.241 13241 429.92 0.095083 10.5171 10517.1 439.927 0.115867 8.63059 8630.59 459.943 0.155721 6.42174 6421.74 469.95 0.177728 5.62658 5626.58 479.957 0.201202 4.97013 4970.13 489.964 0.221496
8、 4.51475 4514.75 499.97 0.246682 4.0538 4053.8 509.976 0.271624 3.68156 3681.56 520.147 0.296566 3.37193 3371.93 529.989 0.321508 3.11034 3110.34 539.996 0.342291 2.92149 2921.49 560.009 0.390463 2.56106 2561.06 7 570.016 0.413937 2.41583 2415.83 580.024 0.433987 2.30422 2304.22 590.03 0.457461 2.18
9、598 2185.98 600.037 0.48069 2.08034 2080.34 610.044 0.503431 1.98637 1986.37 620.051 0.526416 1.89964 1899.64 630.059 0.545242 1.83405 1834.05 640.066 0.567738 1.76138 1761.38 659.917 0.609794 1.6399 1639.9 669.924 0.630577 1.58585 1585.85 679.932 0.651361 1.53525 1535.25 689.939 0.672633 1.48669 14
10、86.69 699.947 0.693417 1.44213 1442.13 709.956 0.709063 1.41031 1410.31 719.963 0.730825 1.36832 1368.32 729.971 0.750875 1.33178 1331.78 739.979 0.769946 1.29879 1298.79 759.997 0.804174 1.24351 1243.51 770.005 0.823245 1.21471 1214.71 780.013 0.840359 1.18997 1189.97 790.022 0.857473 1.16622 1166.
11、22 800.032 0.871652 1.14725 1147.25 810.04 0.889255 1.12454 1124.54 820.05 0.9027 1.10779 1107.79 830.06 0.917857 1.08949 1089.49 840.069 0.93228 1.07264 1072.64 860.09 0.955745 1.0463 1046.3 870.101 0.966744 1.0344 1034.4 880.112 0.977498 1.02302 1023.02 889.96 0.984828 1.01541 1015.41 899.971 0.99
12、3135 1.00691 1006.91 909.985 0.996306 1.00371 1003.71 919.998 0.998499 1.0015 1001.5 930.014 0.996288 1.00373 1003.73 940.029 0.992854 1.0072 1007.2 960.069 0.957121 1.0448 1044.8 970.096 0.921643 1.08502 1085.02 979.958 0.882984 1.13252 1132.52 989.99 0.830871 1.20356 1203.56 999.858 0.775089 1.290
13、17 1290.17 1009.89 0.72004 1.38881 1388.81 1019.93 0.654718 1.52738 1527.38 1029.96 0.584503 1.71086 1710.86 8 1040 0.509886 1.96122 1961.22 1060.07 0.398566 2.50899 2508.99 1060.08 0.36065 2.77277 2772.77 1070.12 0.286766 3.48716 3487.16 1079.99 0.221444 4.51581 4515.81 1090.02 0.171288 5.83812 5838.12 1099.88 0.144126 6.93837 6938.37 四、 报告 总结 老师，这门课我对通过的信心真不大，考试考得太差了，说实话这门课我没有好好学，考试是临时突击的， 不管老师您给不给我通过，这份报告我是 尽我目前的能力 认真 地完成的 ，虽然我不太会使用单片机来解决数显部分，但是我觉得万用表可以解决现成的问题。同时希望老师给我通过，不能呢我只好重修争取刷个好分数因为准备申请去台湾读书。我听同学对您评价挺高的，真后悔没有好好学。 春季快乐，阖家幸福。
