激光功率計(jì)的設(shè)計(jì)報(bào)告

1、激光功率計(jì)的設(shè)計(jì)120X專業(yè)班級：光電信息工程 任課老師：趙茗 姓名： XXX 學(xué)號 : X概述激光功率計(jì)從傳感器（將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕钠骷┓?，有下列三種:1、量熱方式：其優(yōu)點(diǎn)是波長范圍寬，適合大功率測量，缺點(diǎn)是靈敏度較低，時(shí) 間常數(shù)大。2、光電方式：其優(yōu)點(diǎn)是靈敏度很高，適合微小功率測量，時(shí)間常數(shù)小，缺點(diǎn)是 波長范圍窄，靈敏度-波長特性變化較大。3、熱釋電方式，其優(yōu)點(diǎn)是波長范圍寬，靈敏度高，時(shí)間常數(shù)很小，缺點(diǎn)是只限 于測量單脈沖激光功率，需要100兆歐左右的高輸入阻抗的特殊放大器。原理激光功率計(jì)主要用于測量激光信號的強(qiáng)弱。 目前測量激光功率的方法有兩種, 一種是熱轉(zhuǎn)換方式，一種是半導(dǎo)體光電檢

2、測方式。前一種的光譜響應(yīng)曲線平坦、 準(zhǔn)確度高，但是成本高，響應(yīng)時(shí)間長。用半導(dǎo)體光電檢測可以得到比較高的探測 靈敏度和響應(yīng)速度。我選擇設(shè)計(jì)一個(gè)半導(dǎo)體光電方式檢測的激光功率計(jì)。原理圖:具體電路原理框圖:光按收放大AD轉(zhuǎn)換微處理器11晁示鍵盤電蹄光光.電憾較弱衛(wèi)置宅:電路電信徹機(jī)系統(tǒng)牡信的電號放臬號信號大顯示光電池用于接收光信號并將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，而其工作原理不做具體詳述。 而此時(shí)電信號比較微弱，即所對應(yīng)的電壓值較小，然后通過放大電路將信號進(jìn)行 放大以便于感應(yīng)測量。AD轉(zhuǎn)換電路的功能為將電流由交流變?yōu)橹绷?。再后面是讀 數(shù)顯示模塊，我在此處整合到萬用表，即用萬用表來代替數(shù)顯的部分。三、設(shè)計(jì)電路圖根

3、據(jù)實(shí)際應(yīng)的激光功率計(jì)的電路框圖可以找到適當(dāng)?shù)碾娮釉M(jìn)行搭建實(shí)驗(yàn), 具體的元件選型和其功能如下圖所示：硅光電池BPW34:具有高光電探測率、比較大的光敏面積、高光電靈敏度, 快速響應(yīng)時(shí)間、體積小等特點(diǎn)。（1）大輻射敏感區(qū)（A=7.5平方毫米）（2）廣角半靈敏度？=± 65度（3）高光敏感性（4）響應(yīng)時(shí)間短，能快速響應(yīng)（5）小結(jié)電容（6）適用于可見光和近紅外輻射運(yùn)算放大器CA3140常用的高輸入阻抗運(yùn)算放大器。其為美國無線電公司研 制開發(fā)的一種BiMOS高電壓的運(yùn)算放大器在一片集成芯片上，該 CA3140A和 CA3140 BiMOS運(yùn)算放大器功能保護(hù)MOSFET的柵極（PMOS上）中

4、的晶體管輸入 電路提供非常高的輸入阻抗，極低輸入電流和高速性能。操作電源電壓從4V至36V （無論單或雙電源），它結(jié)合了壓電PMOS晶體管工藝和高電壓雙授晶體管的優(yōu) 點(diǎn)（互補(bǔ)對稱金屬氧化物半導(dǎo)體）卓越性能的運(yùn)放。數(shù)字萬用表：是電學(xué)實(shí)驗(yàn)室必備的一種測量儀器，內(nèi)部有高精度的數(shù)模轉(zhuǎn)化 器和顯示器，其特性足夠我們搭建激光功率計(jì)性能的需要。IfRf實(shí)驗(yàn)電路圖仿真電路圖:硅光電池BPW34光譜相應(yīng)曲線:350550750950X - Wav#iArth (nm)Relative Specirai Sensitivity vs. WavelengthCA3140引腳定義圖CA3140 (PDIP, SOIC

5、)TOP VIEWOFFSETNULLINV. INPUTT+s VFl FlFlOUTPUTOFFSET NULL弓i幗功蔭左:r弓|脾功旌引腳OPFSET MILL陽進(jìn)（調(diào)誓端5OLFSEI MLL褊EU調(diào)爭端八2IKV. im.7反向輸入為6oLTprr輸出3W ISV JbPLT同向輸人端7¥廿電潺十4v- «8STROBE選咂站三、參數(shù)上圖實(shí)際上是一個(gè)I- V（電流-電壓）轉(zhuǎn)換器。根據(jù)硅光電池的工作原理可知在線性測量中光電池必須工作在短路狀態(tài)下由理想運(yùn)算放大器的特點(diǎn)可知: 圖中光電池工作在短路狀態(tài)下, Isc為光電池的短路電流, Ip為光電池的光生電流， Se（入

6、）為光譜靈敏度, © （入）為入射光功率。運(yùn)算放大器的輸出可表示為：If = Ip = Isc =© e(入)Se(入)V 二 IfR1 pRf = 1 SCRf=（丸）Se（丸）R(1)關(guān)于數(shù)顯部分的萬用表:制作mV級光功率計(jì)，必須考慮反饋電阻Rf的阻值選擇。已知硅光電池對于波 長為640nm,入射功率1mW勺光產(chǎn)生的電流為0.567738mA若要要求入射光功率 為1mW勺情況下運(yùn)算放大器的輸出為1V,則根據(jù)式（1）可以計(jì)算得到反饋電阻的取 值為1761.38 Q ,因此用電壓表測量I-V轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，就可以知道光的功率 比如電壓大小為2V時(shí)，對應(yīng)的640nm的光的功

7、率為2mW制作W級光功率計(jì)，必須考慮反饋電阻Rf的阻值選擇。已知硅光電池對于波 長為640nm,入射功率1W的光產(chǎn)生的電流為0.567738A。若要要求入射光功率為 1W的情況下運(yùn)算放大器的輸出為1V,則根據(jù)式（1）可以計(jì)算得到反饋電阻的取值 為1.76138 Q ,因此用電壓表測量I-V轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，就可以知道光的功率 比如電壓大小為2V時(shí)，對應(yīng)的640nm的光的功率為2WF表為對應(yīng)不同的波長 應(yīng)該選取的電阻值:wavS（入）Rf(W)Rf(mW)400.0580.04325223.120623120.6409.9030.05669717.637817637.8419.9120.0755

8、2313.24113241429.920.09508310.517110517.1439.9270.1158678.630598630.59459.9430.1557216.421746421.74469.950.1777285.626585626.58479.9570.2012024.970134970.13489.9640.2214964.514754514.75499.970.2466824.05384053.8509.9760.2716243.681563681.56520.1470.2965663.371933371.93529.9890.3215083.110343110.3453

9、9.9960.3422912.921492921.49560.0090.3904632.561062561.06570.0160.4139372.415832415.83580.0240.4339872.304222304.22590.030.4574612.185982185.98600.0370.480692.080342080.34610.0440.5034311.986371986.37620.0510.5264161.899641899.64630.0590.5452421.834051834.05640.0660.5677381.761381761.38659.9170.60979

10、41.63991639.9669.9240.6305771.585851585.85679.9320.6513611.535251535.25689.9390.6726331.486691486.69699.9470.6934171.442131442.13709.9560.7090631.410311410.31719.9630.7308251.368321368.32729.9710.7508751.331781331.78739.9790.7699461.298791298.79759.9970.8041741.243511243.51770.0050.8232451.214711214

11、.71780.0130.8403591.189971189.97790.0220.8574731.166221166.22800.0320.8716521.147251147.25810.040.8892551.124541124.54820.050.90271.107791107.79830.060.9178571.089491089.49840.0690.932281.072641072.64860.090.9557451.04631046.3870.1010.9667441.03441034.4880.1120.9774981.023021023.02889.960.9848281.01

12、5411015.41899.9710.9931351.006911006.91909.9850.9963061.003711003.71919.9980.9984991.00151001.5930.0140.9962881.003731003.73940.0290.9928541.00721007.2960.0690.9571211.04481044.8970.0960.9216431.085021085.02979.9580.8829841.132521132.52989.990.8308711.203561203.56999.8580.7750891.290171290.171009.890.720041.388811388.811019.930.6547181.527381527.381029.960.5845031.710861710.8610400.5098861.961221961.221060.070.3985662.508992508.991060.080.360652.772772772.771070.120.2867663.487163487.161079.990.2214444.515814515.811090.020.1712885.838125838.121099.880.1441266.93837