激光为什么比普通光能量大那么多？

激光为什么比普通光能量大那么多

接下来具体说说

东方闪光：光功率计和能量计技术原理与选择

光是一种电磁波，频谱范围从γ射线到无线电波。在这个范围内，我们最感兴趣的波段是激光探测波段，即从深紫外到100 μm。光也可以被看成是粒子，即没有质量和电荷、但有一定能量的光子。

对于激光测量中的光传播，常用的物理量是以nm或μm为单位的波长；对于光谱应用，常用波长的倒数，即波数，单位为cm-1；以THz为单位的频率常用于通信领域，这样载波频率和频道间隔就能以更简洁的数字表示；对于量子物理实验，大多数情况下，以eV为单位的光子能量是关键的表征参数，也是测量光的关键物理量。总而言之，光子都有一定的能量，能量越大，波长越短。

可以从2个角度来测量光。首先从辐射度量学角度，需要考虑整个光谱范围，且不引入权重。测量的量是以W为单位的辐射通量和以每平方米瓦特为单位的辐照度。测量电磁辐射时一般会用到辐射度单位。而光度测量对应人眼可见的光谱波段，测量包括以lm为单位的光通量和以lx为单位的光照度。测量光功率和能量就是基于辐射度学角度的。

功率或能量测量配置

光功率计或能量计由三部分组成。首先是探头，负责将光子能量**为电流。然后探头中的信号通过表头完成数字化处理和加工，最终在表头显示屏或计算机的图形用户界面上显示出测量值。

1. 探头类型

a. 光电二极管探头

光电二极管的结构通常是1个PN结，中间是本征层，也称之为耗尽层或耗尽区，入射的光子在耗尽区激发自由电子和空穴，并引导它们分别向两极运动，从而产生光电流。

表征光电二极管时，我们会用到量子效率，这里其实是指内部量子效率，即产生的电子数与进入载荷子区的光子数之比，用于确定光电二极管的性能。光电二极管的响应度，对应外部量子效率，即产生的电子数与所有到达二极管表面的光子数之比，包括因表面反射或吸收而没有进入载荷子区的光子，所以一般内部量子效率高于外部量子效率。这种探头的优势和不足分别是：

由于探头包含与波长相关的组件，所以必须在其整个工作波长范围内进行校准。校准设备包括白光光源、单色仪、斩波器和锁定放大器。首先，使用经过外部校准的参考探头记录每个波长值下的功率；然后，将同样功率水平的光打在待校准探头上，得出的结果可以用来计算光谱响应度。

b. 热敏探头

热敏探头先将光子能量**成热量，再**成电流。热敏功率探头基于热电效应(亦称为塞贝克效应)：金属或合金的一端受热时会释放电子，电子会朝着较冷的一端移动，这是一种只要存在温度差就会产生的现象，产生于金属之间。

左图中使用了产生电子较少/较多的铁/镍，加热铁和镍的连接点，并假设两个冷接点都是同样的温度，则每开尔文产生1个电压。此外，热敏功率探头的响应呈指数函数变化。这里的关键参数是时间常数，即达到最终值的63%所需的时间，常用来表征响应速度或预测测量结果。比如看到右图红色曲线，就大概知道功率水平了，即在5倍时间常数之后达到99%的功率水平。

对于径向配置的热敏功率探头，热电偶围绕入射光区域呈环形排列，热量从中心位置水平流向边缘；而矩阵配置的探头，光入射在上层，热量垂直流向散热器。

热释电能量探头也是基于光子能量**成热量的原理。它的两个电极之间嵌有热释电晶体，晶体中包含随机取向的偶极子，在恒温下表现出某种自发式极化。脉冲光打在有效区域时，随着热量扩散，偶极子会改变极化方向，并且吸收或释放电子，就有了充电和放电过程。注意，热释电探头只能用于脉冲光。能够探测的*高脉冲重复频率，大概在万赫兹级别，这与探头尺寸、探头镀膜以及负载阻抗相关。

将热敏探头用作测量头时，需要镀吸光膜。黑色膜在紫外到太赫兹具有最平坦的吸收度；当需要更高耐用性时，陶瓷膜是较好的选择；如需更快的速度，可以使用金属膜。尤其是对于热敏功率探头，良好的热管理必不可少，有效区域与散热器之间必须保持某种温度差。使用热敏功率探头测量较低的功率水平时，需要防止敏感区域受到黑体辐射。此外，也不要有任何通风或环境温度变化。所以热敏探头的优势和不足在于：

校准热敏探头通常需要2步。对于光谱校准，膜层的吸收率通过光谱仪表征，然后对比实际校准结果与外部校准参考。对于功率探头，参考标准通常使用的是1064nm的连续光；对于能量探头，参考标准通常也是1064 nm的脉冲光。

简要总结一下选购标准。对于连续光，只有光电二极管和热敏功率探头才适用。对于较高峰值功率的脉冲光，适用的是热敏功率或热释电探头。

2. 表头

纳安级的小电流或微伏级的小电压进入表头后先被放大到合理的电压水平，这个过程可能涉及到多级放大，放大倍数可能达到几十倍；然后通过信号滤波，过滤掉不必要的噪声或波动；再经过数字化处理，到达微控制器，并基于探头校准值计算功率水平；最后在显示屏上显示出测量值。针对每个测量范围，施加已知的电流和电压来校准表头。由于表头的准确度远高于系统的准确度，所以查看功率计测量准确度时，关注探头准确度就可以了。

3. 应用实例

此视频中还用多个实例阐述各类应用中可能遇到的一些问题，并提出了解决方案。下面仅是小部分实例内容以作参考，下方还列出了其他应用及对应时间点，以便您按需观看视频。

如测量更高功率，可使用ND滤光片或积分球衰减入射光。对于反射型滤光片，光束先经过入射面被散射以扩束，然后在背面滤光。这种滤光片在工作波长范围内透过率的线性度很好；吸收型滤光片由滤光玻璃制成，玻璃内部发生衰减，不会产生干涉和偏振效应，非常适合红外波段，但它的光谱线性度差，表面有菲涅尔反射，并且容易受温度影响；积分球的表面由漫反射材料制成，入射光在表面经过多次反射后分布均匀，然后少量的光在从探测器端口出射用来测量。

示例1是用准直光正入射，3个的测量值都是正确的，因为探头已经在基本相同的条件下经过校准。为了防止背向反射进入激光器，探头可以稍微偏离1到2度角。

如果入射角较大，2个带滤光片的装置测得的功率偏低。因为反射型滤光片扩大了光束，导致部分光不在有效区域上，而吸收型滤光片因为角度关系，菲涅尔反射变强，积分球则基本不受入射角影响，如示例2所示。

使用光电二极管探头时要注意，其有效区域在滤光片后面略凹陷的位置，所以如果光束刚好填满通光孔径或滤光片，由于光束继续发散，到达二极管时可能会过度填满有效区域。从示例3可看出，在发散光束下，前2种装置又会产生类似示例2的问题，测量值还是偏低，因此当入射角较大或发散角较大时，积分球是较好的选择。

示例1

示例2

示例3

激光武器威力究竟有多大？

激光武器，一直是科幻电影中的经典元素，燃起了人们对科技与战争的无尽想象。你是否好奇，激光武器究竟拥有何等强大的威力？带上你的科幻眼镜，让我们一同揭开这神秘面纱。近年来，激光技术的发展迅猛，其应用领域也日益广泛。但是，激光武器的威力究竟有多大？

高能激光可瞬间击穿装甲

近年来，随着科技的不断进步，高能激光武器作为一种先进的武器技术正逐渐引起人们的关注。作为一种瞬间击穿装甲的武器，高能激光具有惊人的威力和出色的效果。

高能激光武器通过聚焦光束的形式将强大的能量聚集到一个极小的区域。这种聚焦能力使得激光束能够高效地穿透装甲，并迅速将其烧穿。与传统的弹道武器不同，高能激光武器不需要物理弹道来击穿装甲，而是直接通过能量的聚集来实现这一目标。这使得高能激光武器具有更快的击穿速度和更高的成功率。

高能激光武器利用的是电磁波的原理。电磁波是由电场和磁场相互作用产生的，其具有穿透性。当激光束照射到装甲上时，激光的能量会迅速将装甲表面的分子激发起来，使其产生高温和高压。

这种高温和高压会引起装甲的瞬间击穿，使得激光能够轻松穿透厚重的装甲。这也意味着高能激光武器在打击装甲目标时，不再受到弹道轨迹的影响，从而具有更高的命中率和更远的射程。

高能激光武器的威力还体现在其能够对敌方目标造成持续的破坏和烧毁。一旦激光束成功击穿装甲，其高温和高压会进一步在目标内部产生破坏，并引发爆炸。这种破坏和爆炸可以迅速消灭敌方的战斗能力，从而使高能激光武器在战场上具有很强的压制力和杀伤力。

高能激光武器也存在一些挑战和限制。其对目标的照射时间必须足够长才能达到瞬间击穿装甲的效果。这就要求激光束在照射目标时，需要保持稳定且持续的时间。

高能激光武器的能源供应问题也是一个需要解决的难题。高能激光武器需要大量的能量来维持一次完整的射击，而如何提供稳定且持续的能量供应是一个技术上的挑战。

激光能迅速摧毁目标电子系统

激光武器在现代战争中扮演着重要的角色，它们具有迅速摧毁目标电子系统的能力。

高能激光武器。这种武器能够通过高能激光束将目标电子系统瞬间损坏。高能激光武器通常由一台巨大的激光发生器和一个反射镜组成。在发射过程中，激光束通过镜面反射，然后集中在目标上。

当激光束与目标的电子系统接触时，它会迅速将其破坏，使其无法正常工作。这种武器的威力是十分巨大的，因为激光束能够瞬间将目标的电子系统消灭。

高能激光武器广泛应用于军事领域，特别是在无人机和导弹防御系统上。通过摧毁敌方的无人机或导弹电子系统，高能激光武器能够有效地防御国家的安全。

我们来看看激光炮。激光炮是另一种常见的激光武器，不同于高能激光武器，它使用的是脉冲激光。激光炮将高能脉冲激光束聚焦在目标上，从而导致目标电子系统的故障。激光炮通常由一个能量源、一个光学系统和一个控制系统组成。激光炮的威力也非常强大，因为它能够在瞬间将目标的电子系统击溃。

激光炮主要用于陆地和海军战斗中，用于摧毁敌方的电子设备，如通信设备、雷达和导航系统。

两种激光武器都具有迅速摧毁目标电子系统的能力，但它们在应用上有所不同。高能激光武器主要用于空中和导弹防御，因为它们能够迅速摧毁敌方无人机和导弹的电子系统，从而阻止它们的攻击。激光炮则主要用于陆地和海军战斗，可用于摧毁敌方的通信设备、雷达和导航系统，从而削弱其战斗能力。

激光可实现精准打击，几乎无误差

随着科技的不断进步，激光武器作为一种新兴的武器技术，正逐渐成为军事领域中的重要装备。激光武器之所以备受关注，其威力堪称独特，因其具备精准打击和几乎无误差的特点而备受军事专家的青睐。

精准打击：激光武器凭借其独特的工作原理，能够实现极为精准的打击。相比传统的弹道武器，激光武器不需要考虑风速、重力、弹道等因素的影响，从而大大提高了打击的精准度。激光束能以光的速度瞬间击中目标，并在瞬间释放巨大能量，使目标遭受毁灭性的打击。无论是对空中、地面还是水下目标，激光武器都能够精确锁定，并迅速击中目标，使敌人难以幸免。

几乎无误差：传统武器由于弹道和飞行过程中的各种因素，容易产生误差，导致打击效果不尽人意。然而，激光武器却能够减少或甚至消除这些误差。激光束是由高度集中的光能组成，因此其传输过程中的误差非常小。再加上现代激光技术的进步，激光武器在射程、目标跟踪等方面已经达到了令人难以置信的高度精确。

这使得使用激光武器的军事操作人员能够更加自信地进行火力打击，并降低了误伤和误杀的风险。

优势凸显：激光武器的精准打击和几乎无误差的特点赋予了其在现代战争中的重要地位和价值。激光武器能够迅速而有效地摧毁敌方目标，提高作战效率，降低战斗风险。例如，对于隐藏在远距离的目标，使用激光武器可以通过光束的直线传播特性，实现高概率的*发命中，从而在最短时间内消灭威胁。

激光武器的精准打击能力还使其成为打击高价值目标的最佳选择，无论是敌方的战舰、飞机、导弹等，激光武器都能够准确地锁定目标，造成严重毁伤甚至摧毁。激光武器还具备装备轻便、维护成本低等优势，能够提高作战灵活性，降低军事开支。

激光武器一直是科幻作品中的经典元素，但现实中，我们对其真正威力的了解仍然有限。我们也需要审慎思考这些新兴技术所带来的挑战与机遇，从而不断探索出更好的应对之策。激光武器的威力或许无法预计，但创新安全措施以及道德考量才是确保和平与安全的关键。

愿我们永远能保持冷静清醒的头脑，以及正确的道义观念去迎接科技带来的挑战，拥抱新的未来。

校稿：蒹奇

以上就是激光为什么比普通光能量大那么多？的详细内容，希望通过阅读小编的文章之后能够有所收获！