1、激光功率計的設計專業班級：光電信息工程 120X任課老師：趙茗姓名：XXX學號：X概述激光功率計從傳感器（將光能轉變為電信號的器件）分，有下列三種:1、量熱方式：其優點是波長范圍寬，適合大功率測量，缺點是靈敏度較低，時間 常數大。2、光電方式：其優點是靈敏度很高，適合微小功率測量，時間常數小，缺點是波 長范圍窄，靈敏度-波長特性變化較大。3、熱釋電方式，其優點是波長范圍寬，靈敏度高，時間常數很小，缺點是只限于 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。原理激光功率計主要用于測量激光信號的強弱。 目前測量激光功率的方法有兩種, 一種是熱轉換方式，一種是半導體光電檢測方式。前

2、一種的光譜響應曲線平坦、 準確度高，但是成本高，響應時間長。用半導體光電檢測可以得到比較高的探測 靈敏度和響應速度。我選擇設計一個半導體光電方式檢測的激光功率計。原理圖:光電池較弱前置放丈電路電信微機系統結的電號放臬& 口 歸r大顯 示光號具體電路原理框圖:光電池用于接收光信號并將光信號轉換為電信號，而其工作原理不做具體詳述。 而此時電信號比較微弱，即所對應的電壓值較小，然后通過放大電路將信號進行 放大以便于感應測量。AD轉換電路的功能為將電流由交流變為直流。再后面是讀 數顯示模塊，我在此處整合到萬用表，即用萬用表來代替數顯的部分。三、設計電路圖根據實際應的激光功率計的電路框圖可以找到

3、適當的電子元件進行搭建實驗, 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, 快速響應時間、體積小等特點。（1）大輻射敏感區（A=7.5平方毫米）（2）廣角半靈敏度？ =± 65度（3）高光敏感性（4）響應時間短，能快速響應（5）小結電容（6）適用于可見光和近紅外輻射運算放大器CA3140:常用的高輸入阻抗運算放大器。其為美國無線電公司研 制開發的一種BiMOS高電壓的運算放大器在一片集成芯片上，該CA3140A和CA3140 BiMOS運算放大器功能保護 MOSFE的柵極（PMO上）中的晶體管輸入電路提供非 常高的輸入阻抗，極

4、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）,它結合了壓電PMOS1體管工藝和高電壓雙授晶體管的優點.（互補對 稱金屬氧化物半導體）卓越性能的運放。數字萬用表：是電學實驗室必備的一種測量儀器，內部有高精度的數模轉化 器和顯示器，其特性足夠我們搭建激光功率計性能的需要。仿真電路圖:I12VOGD1訂R1AA/V5OM硅光電池BPW34光譜相應曲線:X - Wav6l«nglh (nm)Relative Spectral SersitiviJy vs WavelengthCA3140引腳定義圖STROBEV+OUTPUTOFFSET NULL實驗電踏BECA314

5、0 (PDIP, SOIC)TOP VIEWOFFSETNULLINV. INPUTNONJNU INPUTV-引脾功能表：1LH丐功能號功能iOFFSET KILL 偏 SU週零驕)5OI'FSLT MILL陽乳1調零端）*2INV. tKPUT反向輸入端6aipii輸出3xo>-mr TWIT同向輸入峯7¥十電源十4V-電苗-&STROBE選通端三、參數上圖實際上是一個I- V（電流-電壓）轉換器。根據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下。由理想運算放大器的特點可知: 圖中光電池工作在短路狀態下, Isc為光電池的短路電流, Ip為

6、光電池的光生電流， Se（入）為光譜靈敏度， ©（入）為入射光功率。運算放大器的輸出可表示為：If = Ip = Isc =© e（入）Se（入）V = IfRf二 e（）Se（）R（1）關于數顯部分的萬用表:制作mV級光功率計,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勺光產生的電流為0.567738mA若要要求入射光功率 為1mW勺情況下運算放大器的輸出為1V,則根據式（1）可以計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，對應的640nm的光的功

7、率為2mW制作W級光功率計，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的光產生的電流為0.567738A。若要要求入射光功率為 1W的情況下運算放大器的輸出為1V,則根據式（1）可以計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，對應的640nm的光的功率為2WF表為對應不同的波長 應該選取的電阻值:wavS（入）Rf（W）Rf（mW）400.0580.04325223.120623120.6409.9030.05669717.637817637.8419.9120.0755

8、2313.24113241429.920.09508310.517110517.1439.9270.1158678.630598630.59459.9430.1557216.421746421.74469.950.1777285.626585626.58479.9570.201204.970134970.132489.9640.2214964.514754514.75499.970.2466824.05384053.8509.9760.2716243.681563681.56520.1470.2965663.371933371.93529.9890.3215083.110343110.3453

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