功率是激光器的最重要的參數之一，對激光器進行測試時，激光功率是必須要測試的一個性能參數，可見激光功率的重要性。

什么是激光功率？

官方是這樣定義的：激光功率是指激光器在單位時間內輸出的光能量，通常以瓦特（W）為單位來衡量。

激光功率是評價激光器性能的一項重要參數，反映了激光器產生和傳遞光能的能力。

那么怎么計算激光功率？

了解激光功率，測試激光功率對我們有什么作用？

首先來說，激光功率的高低直接影響到激光器在各種應用中的效果，如材料加工的速度與質量、醫療手術的效果、通信系統的傳輸距離與容量等。較高的激光功率意味著激光器能在較短的時間內提供更多的能量，從而可能實現更快的切割速度、更深的打標深度、更高的數據傳輸速率等。

其次，在實際應用中，激光功率的測量與控制是非常關鍵的。激光功率的穩定性、可調節性以及能否在需要的范圍內精確保持，對于保證激光加工過程的安全性、精確度以及最終產品的質量至關重要。激光器的設計與制造中通常會包含功率監測與控制裝置，以確保激光功率在預設范圍內穩定工作，并能在需要時進行精確調整。

而且更重要的是，激光功率還與激光安全密切相關。不同功率等級的激光對生物組織（特別是眼睛）有不同的潛在危害。按照國際激光安全標準（如IEC 60825系列標準），激光器被劃分為不同的安全等級（Class 1至Class 4），其中激光功率是決定安全等級的重要因素之一。在使用激光器時，必須遵守相應的安全操作規程，使用適當的個人防護裝備（如激光防護眼鏡），以防止激光輻射對人員造成傷害。

只有全面的了解激光器的功率，我們才能在操作激光器的過程中，嚴格的遵照安全規范，同時才能把激光器的功能完全發揮出來。

了解了激光功率，以及激光功率的意義，那么我們怎么測試激光功率？

這個測試的過程就涉及到一些專業知識，作為一家第三方激光設備檢測認證機構，一般我們在進行激光功率測試時，會對這兩個指標進行測試，首先，平均功率。什么是平均功率？即測試激光器在一段時間內連續或重復脈沖狀態下輸出的總能量除以時間，通常以瓦特（W）為單位。然后，峰值功率，什么是峰值功率呢，即對于脈沖激光器，測試單個脈沖達到的最大功率，單位為瓦特（W）。

在對激光功率進行測試時，一般會采取以下這些常用方法

1、光電二極管型

早期激光器由于功率較小，用光電型激光功率計進行測量即能滿足使用要求。光電型激光功率計具有靈敏和快速的特點，是最早出現的功率計。

光電二極管型激光功率計的結構簡單，因為沒有利用光的熱效應，對外界環境溫度的要求比較低，相比于熱效應功率計響應速度更快；缺點是更容易受到電噪聲干擾，而且光譜響應不夠平坦。

目前用于光功率測量的光電二極管主要是PIN型光電二極管（如圖2），相比傳統的PN型，這種結構增大了PN結中間的耗盡層，結電容小，響應速度更快。以 InGaAs為材料的PIN管，由于其低噪聲和高響應度等特性，在工業界和科學研究領域都可實現廣泛的應用。

1987年，自從利用光電二極管測量激光功率的方法提出，發展至今，基于光電二極管型光功率的測量已經成為一項十分成熟并廣泛應用的技術。光電二極管型的激光功率計有很高的分辨力，可以達到0.01 dBm。目前，實際生產中常用的光電二極管型光功率計有硅、鍺、銦鎵砷、碲鎘汞等類型，覆蓋了從可見光到紅外的較大波長范圍。

2、熱電堆型

隨著激光技術的發展，各種激光器相繼問世。從最開始的固體激光器，到后來出現的氣體激光器、液體激光器、半導體激光器，以及最近的自由電子激光器，隨著被測量的激光功率不斷增大，功率的測量范圍超過了光電型功率計的飽和閾值。因此，出現了可以測量更大功率的熱電型功率計。

熱電堆式激光功率計是熱電型光功率測量的典型器件，利用的是激光的熱效應和金屬中的熱電效應，如圖3。熱電型傳感器具有光譜響應平坦、相對不容易達到飽和、受光照角度和位置影響較小等優點；缺點是響應速度比較慢。

1970年，基于熱電偶以及真空腔的激光功率探測裝置首次被制出。現在該類型的激光功率計不需要絕熱環境就可以達到比較高的測量穩定性，在測量標準值為?10.000 dBm的850 nm光源時測量的標準偏差可以達到0.003 dBm。

3、熱釋電型

熱釋電傳感器基于一些晶體的熱釋電效應進行傳感，如圖4所示。由于測量的是溫度變化，熱釋電傳感器一般不適合用來測量連續激光。基于熱釋電效應的功率計一般稱為熱釋電能量計，適合測量單脈沖的能量。

      1982年，熱釋電效應成功被應用于激光功率的測量。目前熱釋電光功率測量系統精確度很高，可以在典型值1 mW的測量條件下達到0.5%的測量精度。熱釋電型傳感器的優點包括測量精度比較高、響應快、能測量單脈沖能量，對微小激光功率也能有比較明顯的響應等。

4、低溫絕對輻射計

隨著光纖技術的廣泛應用，研究人員也開始關心微小激光功率的測量，熱釋電型激光功率計應運而生。除了對功率范圍的要求之外，在精度提升方面，對絕對輻射計的研究推動了激光功率計測量基準的建立，后來出現的低溫絕對輻射計（圖5）使激光功率計的測量精度上限得到了飛躍性的提升。

1985年，精確度非常高的低溫絕對輻射計被提出。現在的低溫輻射計在測量波長范圍為500 nm~16 μm的激光時，相對標準不確定度可以達到0.015%。這種功率計的缺點是系統比較復雜且體積龐大，適合于科學研究，難以實現廣泛的應用。

5、流水式

隨著測量功率的進一步增大，熱電型功率計會產生溫漂，吸收面溫度不斷升高也會引起功率計的損傷，為了使功率計的損傷閾值提高，出現了各種針對大功率測量的結構。流水式是其中一種基于激光的熱效應對大功率激光進行功率測量的方法，如圖6所示。

   與其他光功率計結構不同，流水式光功率計是在光吸收材料的內部增加了一層水層，水作為比熱容比較大的液體，能有效地帶走激光被材料吸收產生的熱量。水流出加熱區域之后，通過水的流速和測量點的水溫就可以計算得到激光功率。 

20世紀80年代，中國計量科學研究院光學與激光計量科學研究所在高能激光的計量研究中，對流水式激光功率計進行了深入的研究，通過接收器工作原理和結構設計等方面的創新，使激光能量的量程和量值復現能力提高了上千倍，達到了國際先進水平。這種類似于水冷裝置的設計的最大優點是能測量很大的功率，最新進展是在1~ 10 kW的量程下；其缺點也比較明顯，無法測量小功率，響應速度慢，無法準確得知激光功率隨著時間的變化情況。各種典型激光功率計的特性如表1所示。

6、光致動力學傳感

隨著儀器測量精度的不斷提高，光致微小力逐漸成為激光功率測量的重要研究方向。近些年來，由于高精度干涉儀和壓電陶瓷傳感器等高精度位移傳感器的出現，對輻射壓效應的研究不再局限于理論研究，對光致微小力的研究已逐漸走向了應用領域。

2013年，一種基于光致動力學進行光功率測量的方法被提出。這種方法的優勢在于可以在不吸收激光的情況下進行激光功率的測量，實時監測激光功率，而且根據反射鏡的參數，可以實現較大波長范圍及功率范圍的激光功率測量。由于光致動力學的原理是光在反射過程中和反射鏡之間的作用，相比之前介紹的其他方法，光致動力學傳感的一個很大優勢是能在幾乎不吸收激光的條件下實現光功率的測量，這為激光加工與測量等應用過程中的在線測量提供了有效的解決方案。

因為光致微小力造成的反射鏡位移很小，研究人員為了測量出這個位移提出了幾種新穎的測量系統結構（如圖7所示）：懸掛式反射鏡的測量結構、磁懸浮式結構、彈簧平衡式結構等。

除了以上典型方法之外，還有一些應對大功率激光功率測量的改進結構，比如積分球方法。這種方法是基于傳統熱電堆型激光功率計改進而來。這種將激光熱作用分散的方法增大了探測器的損壞閾值，能簡單快速地測量大功率連續激光的功率。（相關數據來源于《激光功率計發展與應用》）

雖然激光功率的測量方法很多，但是隨著科技的發展，激光功率的測量方法也在不斷改進，主要體現在以下幾個方面：

1. 高精度與寬動態范圍：

隨著激光應用領域對功率測量精度要求的不斷提高，尤其是微納制造、生物醫療、超快激光研究等精細加工和科學實驗中，測量設備需要具備更高的絕對精度和更寬的動態范圍。這推動了新型功率計的開發，如采用更先進的傳感器技術和信號處理算法，以實現對從毫瓦到千瓦甚至更高功率范圍的精確測量。

2. 實時動態監測與反饋控制：

在激光材料加工、激光醫療治療等實時性要求高的場合，功率測量趨向于集成實時監測與閉環控制功能。這意味著功率計不僅要能準確測量激光功率，還要能快速響應功率變化，實時反饋給控制系統，實現對激光器輸出功率的精確調控，確保加工或治療過程的穩定性和一致性。

3. 智能化與自動化：

隨著物聯網（IoT）和工業4.0的發展，激光功率測量系統正朝著智能化和自動化方向演進。現代功率計往往配備有數字化接口（如USB、Ethernet、Wi-Fi、藍牙等），支持遠程控制、數據記錄與分析、云服務連接等功能。部分高端設備還具備自我診斷、自動校準、故障預警等智能化特性，簡化操作流程，提高工作效率。

4. 多參數綜合測量：

除了基本的功率測量，現代激光應用越來越關注激光的其他特性參數，如波長、光束質量（M2因子）、脈沖特性（如脈沖寬度、重復頻率、脈沖形狀等）。因此，一體化、多參數的激光分析儀越來越受到青睞，它們能同時測量并分析激光的多種特性，為用戶提供更全面的激光性能評估。

5. 適應新型激光源：

新型激光技術（如超快激光、光纖激光、半導體激光等）的發展催生了對新型功率測量技術的需求。例如，超短脈沖激光的功率測量需要考慮脈沖壓縮、脈沖間相互作用等因素，可能需要用到自相關儀、FROG（Frequency-Resolved Optical Gating）等高級測量技術。光纖激光和半導體激光的功率測量則可能需要兼容光纖接口，具備對偏振態敏感的探測能力。

6. 微型化與便攜式：

為適應現場測試、野外作業、設備集成等需求，激光功率計正變得越來越小巧、便攜。手持式、電池供電的功率計以及模塊化、嵌入式設計的功率傳感單元越來越普遍，方便用戶在各種環境下快速、便捷地進行激光功率測量。

7. 標準化與合規性：

隨著激光安全標準的更新和完善，功率測量設備也需要符合最新的國際和地區法規要求，如IEC 60825系列標準、FDA激光產品性能標準等。這推動了功率計制造商在設計時充分考慮法規合規性，提供易于操作、具備安全互鎖功能、內置警示標識的設備，以確保用戶在合法、安全的前提下進行激光功率測量。

尤其是在高精度激光功率測量方面，激光功率測量有了很大的提升。就波長范圍而言，針對光刻和激光療法等應用，被測量激光的波長范圍從可見光擴展到紫外和紅外波段；就功率值大小而言，對于光纖傳感中的微弱光信號，需要對小至皮瓦級的功率進行測量，針對激光加工等，又需要對高達數十千瓦的激光功率進行測量；就測量精度而言，相對測量不確定度從最早的約10%發展到0.1%甚至更小。

近年來隨著各種測量原理的不斷完善，以及新的測量需求出現，現在的激光功率計研究已經不再是以制作出能夠投入使用的光功率計為目標，而是朝向高精度測量發展，使其能適應激光功率檢測的高精度要求。

近幾年來，外場激光功率測量已經成為了一個熱門的研究方向。實際應用中由于雜散光的干擾，實現高精度的外場激光功率測量會比較困難，需要使用共模抑制或相干采樣等方法對信號進行處理。

此外，一些激光傳感技術的發展，也使得微弱激光信號的測量成為一個重要的研究方向。在測量mW至pW級的微弱激光時，光探頭與光纖的功率耦合、寄生電容等多種因素都會對測量結果造成很大的影響。在一些特殊應用中，還需要激光功率計有比較好的抗電磁干擾能力，以適應本身帶有較強電磁場的工作環境。近些年來一些新的校準方法的出現，也使光功率計測量精度有了更大的上升空間。

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