激光参数测量是激光技术中的一个重要
方面,也是
激光器的
研究、
生产和
应用中的一项基础
工作。
测量方式可按激光的
时间、
空间和
频谱中的分布
特性来分为三种测量
方法:激光时域特性参数测量、激光空域特性参数测量、激光频谱特性参数测量。
激光的特性,包括它在时间、空间和频谱中的分布特性,由各种激光参数表征。激光参数测量是激光技术中的一个重要方面,也是激光器的研究、生产和应用中的一项基础工作。
激光功率与能量测量主要是连续激光功率和脉冲激光能量的测量。这些参数表明激光的有无和强弱。其他激光参数的测量,大多与功率和能量的测量有关。对于脉冲激光,常用能量计直接测量单个或数个脉冲的能量,也可用快响应功率计测量脉冲瞬时功率并对时间积分而求出能量。对于连续激光,可以直接用功率计测量激光功率,也可以用测量一定时间内的能量的方法求出平均功率。
激光功率计和
激光能量计的接收器通常有光电型和光热型两种,仪器的示值与所测激光功率或能量成线性关系。光电型的
灵敏度高、
响应快;光热型的光谱响应
曲线平坦、
稳定性好。不同种类的激光需要用不同的仪器测量。大功率激光测量常用流水式
量热计,调Q
激光能量测量常用体吸收型和多次反射式量热计。为了避免强激光的损害,激光功率和能量测试系统配有各种形式的
衰减器。
激光频率稳定性是指连续运转的激光,在一定时间
间隔内,频率起伏的方差与该时间内的平均频率之比。频率稳定性通常用
拍频方法测量。谱线宽度测量须使用高
分辨率的光谱仪和干涉仪。激光的相干性也可用干涉技术测量。
激光空域特性参数测量包括测量激光光束
直径、
发散角、
椭圆度、横模式、
近场和
远场花样等。这些参数是通过测量激光功率或能量的相对空间
分布得到的。
光束直径的定义是,在确定的光束
横截面上,激光
强度降至中心值的1/2(或1/e、1/e2)处的环的直径。激光发散角则是光束直径对
激光器输出窗所张的角。因此,它们的
基本测量方法是,用配有
狭缝或
光阑的能量或功率
探测器沿光束横截面扫描,或者把
阵列探测元件直接对准光束测量,借助电视录像
扫描技术获得
图形和
数学显示。测量光束直径、远近场花样和发散角的一种
简便而
粗略的方法,是将已感光的
相纸、
荧光材料或像
增强器的靶面置于光束的适当部位,取得光束的形状,并对它进行
分析和测量。当激光能量或功率足够强时,在激光输出的方向上放置一个长焦距
透镜,观测其焦平面上靶材
烧蚀的
孔径,就可以测出发散角
激光时域特性参数测量包括脉冲
波形和
宽度、
峰值功率、
重复功率、
瞬时功率、功率
稳定性等的测量。峰值功率是较为
重要的时域
特性参数,但是它要通过激光能量和脉冲宽度或波形测量才能求出。激光时域参数测量需要配备响应速度足够快的线性探测器和
记录、
存储、
显示系统。激光脉冲宽度在100~5
纳秒时,使用
带宽100~500兆赫的
示波器,最好是记忆示波器或波形数字器。激光脉冲宽度短到1纳秒以下时,则使用高速电子光学条纹照相机,或双光子吸收荧光法和二次谐波强度相关法等
测量技术。