JP3123495B2 - パルスレーザ光パワー測定方法および測定装置 - Google Patents

パルスレーザ光パワー測定方法および測定装置

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JP3123495B2 JP09359727A JP35972797A JP3123495B2 JP 3123495 B2 JP3123495 B2 JP 3123495B2 JP 09359727 A JP09359727 A JP 09359727A JP 35972797 A JP35972797 A JP 35972797A JP 3123495 B2 JP3123495 B2 JP 3123495B2
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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ光のパワーを
測定するレーザ光パワー測定方法および測定装置に関
し、特に、出力の大きなパルスレーザ光のパワーを測定
するレーザ光パワー測定方法および測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】パルスレーザ光のパワー測定は受光素子
の受光部にパルスレーザ光を入射することにより行われ
る。このとき、受光素子の許容レンジを上回るほどパワ
ーが大きなパルスレーザ光の場合には受光素子の出力が
飽和してしまい正確なパワーを測定することができなか
った。従来このような場合には受光素子の出力が飽和し
ないように受光部の前面にフィルタを挿入し、そのとき
に検出されたパルスレーザ光のパワーと挿入したフィル
タの透過率に基づいて本来のパワーを算出していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術によ
るパルスレーザ光のパワー測定においては、受光素子の
許容レンジを上回るほどパワーが大きなパルスレーザ光
を測定する場合に、受光部の前面にフィルタを挿入して
検出されたパワーと挿入したフィルタの透過率に基づい
て本来のパワーを算出するものであるために、演算量が
多いものとなり、測定に時間がかかるという問題点があ
る。
【0004】また、上記の演算量を少なくして測定時間
を短縮するため、および測定精度を向上するために、受
光素子の許容レンジを上回ることがない程度のパルスレ
ーザ光のパワー測定の場合にはフィルタを取り外すこと
も考えられるが、この場合にもフィルタ着脱の手間がか
かり、結果として時間がかかってしまう。
【0005】本発明は上述したような従来の技術が有す
る問題点に鑑みてなされたものであって、受光素子の許
容レンジを上回るほどパワーが大きなパルスレーザ光の
測定を迅速に行うことのできるパルスレーザ光パワー測
定方法および測定装置を実現することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のパルスレーザ光
パワー測定方法は、パルスレーザ光のピークパワーを測
定する際のパルスレーザ光パワー測定方法であって、前
記パルスレーザ光の波形型についての基準特性式を決定
した後に、前記パルスレーザ光のパワーを測定し、その
立ち上がり特性を前記基準特性式にあてはめて前記パル
スレーザ光の出力を示す近似式を求め、前記近似式によ
りパルスレーザ光のピークパワーを推定することを特徴
とする。
【0007】この場合、基準特性式を決定することを係
数を用いて表わされる特性式を用いて行い、ピークパワ
ーの測定の事前にパルスレーザ光のパワーの測定結果に
基づいて前記係数を定めることとしてもよい。
【0008】さらに、特性式を、測定を行うパルスレー
ザ光に応じて決定することとしてもよい。
【0009】本発明のパルスレーザ光パワー測定装置
は、パルスレーザ光のピークパワーを測定するパルスレ
ーザ光パワー測定装置であって、パルスレーザ光を受光
してそのパワーを示す信号を出力する受光部と、表示パ
ネルと前記受光部の出力信号に基づいてパルスレーザ光
のピークパワーを推定する推定手段を備える解析部とか
らなり、前記推定手段は、前記パルスレーザ光を受光し
た受光部の出力信号の立ち上がり特性を予め定められた
前記パルスレーザ光の波形型についての基準特性式にあ
てはめて前記パルスレーザ光の出力を示す近似式を求
め、前記近似式によりパルスレーザ光のピークパワーを
推定することを特徴とする。
【0010】この場合、推定手段は、係数を用いて表わ
される特性式を用いて基準特性式を決定することをピー
クパワーの測定の事前に行い、前記パルスレーザ光を受
光した受光部の出力信号の立ち上がり特性をパルスレー
ザ光のパワーの測定結果に基づいて前記係数を定めるこ
ととしてもよい。
【0011】さらに、解析部には推定手段の制御により
表示を行う表示パネルと装置利用者からの入力を受け付
ける入力手段が設けられ、推定手段は、測定を行うパル
スレーザ光に応じた特性式を予め用意して前記表示パネ
ルに表示させ、その後の前記入力手段への入力内容に応
じて特性式を決定することとしてもよい。
【0012】「作用」上記のように構成される本発明の
作用について図1を参照して説明する。
【0013】レーザの出力特性はその基準特性式により
表わされる。図1は受光素子に、その許容レンジを上回
るパワーのパルスレーザ光を入射したときの受光素子の
出力特性および基準特性式によるレーザの出力特性を示
す図である。図中、ピークがVsである実線で示される
波形が受光素子の出力特性であり、ピークがVpである
破線で示される波形が基準特性式によるレーザの出力特
性である。
【0014】図示内容から明らかなように受光素子の出
力特性はパルスレーザ光のパワーが受光素子の許容レン
ジ内であれば基準特性式と一致する。このため、図1の
破線で囲まれる受光素子の出力の立ち上がり特性の部分
の測定結果を基準特性式にあてはめることにより、受光
素子の許容レンジを上回るパワーのパルスレーザ光のピ
ーク電圧を検出することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について図
面を参照して説明する。
【0016】図2および図3のそれぞれは本発明による
パルスレーザ光パワー測定装置の一実施例の構成を示す
斜視図および回路ブロック図、図4は図3中のCPU4
の構成を示すブロック図である。
【0017】本実施例は図2に示されるように受光部1
0と解析部としての表示部20から構成されている。受
光部10はパルスレーザ光100を受光する受光窓11
を備え、また、表示部20は入力手段としてのレーザ名
選択ボタン22、校正ボタン23および確定ボタン24
を備えている。
【0018】まず、パルスレーザ光のパワー測定を行う
際の本実施例の概略動作について説明する。装置利用者
はレーザ名選択ボタン22を押下し、押下するごとに変
更されて表示パネルに表示される測定するレーザ名を確
認し、測定を行うレーザ名が表示されると確定ボタン2
4を押して確定とする。
【0019】上記のレーザ名を選択することにより、選
択されたレーザの波形型、例えば、ガウス型、ローレン
ツ型、両者混合型等、に応じた各レーザの特性式が決定
される。
【0020】続いて装置利用者が校正ボタン23を押下
した後に、受光部10に受光素子1の出力が飽和しない
レベルで測定するパルスレーザ光100を照射すると、
この先に決定されたレーザの特性式中の係数が決定さ
れ、測定するレーザの基準特性式とされる。例えば、ガ
ウス型の特性式は、 V=exp−(T−a)2/2b2 (V=電圧、Tは時間) であるが、上記の校正の段階で係数aおよびbが求めら
れる。係数aおよびbが求められたことが表示された後
に校正ボタン23が再度押下されると測定可能状態とな
る。このような係数aおよびbはガウス型の特性式に限
らずローレンツ型、両者混合型等のいずれにも存在し、
ガウス型の特性式以外のレーザであっても上記の校正処
理は必要となる。なお、以下において、測定するレーザ
の波形型は上記のガウス型として説明する。
【0021】上記のような測定動作を可能とする回路構
成について説明すると、図3に示すように、受光部10
にはパルスレーザ光100を受光してそのパワー値を示
す信号を出力する受光素子1が設けられ、表示部20に
は受光素子1からの信号を増幅する増幅回路2、増幅回
路2により増幅された信号をデジタル値に変換するAD
コンバータ3、ADコンバータ3の出力からレーザ光1
00の基準特性式やピークパワーの値を演算する推定手
段としてのCPU4が設けられている。
【0022】CPU4は図4に示されるように、データ
処理手段41、メモリ42、演算手段43および表示手
段44から構成されている。
【0023】データ処理手段41はADコンバータ3か
ら伝送されたデジタルデータをその入力タイミングから
(T,V)=(時間,電圧)の座標データに変換し、こ
れを演算手段43に伝送する。
【0024】メモリ42は図2に示されるレーザ名選択
ボタン22により選択されるレーザ名に対応して各レー
ザの波形型の特性式を記憶するもので、レーザ名選択ボ
タン22の押下状態により決定した特性式を演算手段4
3に伝送する。また、校正の結果得られた基準特性式を
記憶し、これを演算手段43に伝送する。
【0025】演算手段43は、校正時はデータ処理手段
41より伝送された座標データとメモリ42から伝送さ
れた特性式により基準特性式を求め、求めた基準特性式
をメモリ42に伝送する。また、演算手段43は測定時
にはデータ処理手段41より伝送された座標データとメ
モリ42から伝送された基準特性式より最大値すなわち
ピーク電圧を推定する。この値は表示手段44に伝送さ
れる。
【0026】表示手段44は演算手段43から伝送され
たピーク電圧値と受光素子1の受光感度とからパルスレ
ーザ光のパワー値を算出し、表示パネル21にパワー値
を表示する。
【0027】次に、CPU4で行われる演算処理動作に
ついて図5ないし図10を参照して詳細に説明する。
【0028】上記のように測定開始時には、レーザ名選
択ボタン22および確定ボタン24が押下されてレーザ
の波形型が決定される。この後、校正ボタン23の押下
により、校正動作が開始される。このとき、操作性を向
上するために、例えば、表示パネル21に「校正開始」
と表示されるように構成してもよい。
【0029】校正動作が開始となると、装置利用者は受
光部10に受光素子1の出力が飽和しないレベルのパル
スレーザ光100を照射し、受光素子1はその出力を示
す信号を出力する。受光素子1の出力信号は増幅回路2
により増幅される。図5は増幅回路2の出力波形を示す
図である。
【0030】図5に示した出力波形はADコンバータ3
に伝送され、立ち上がり部分の波形のみがAD変換され
る。
【0031】図6はADコンバータ3によるAD変換結
果を説明するための図である。図6に示される電圧
1,V2,V3を示すデジタルデータがCPU4に伝送
される。
【0032】図7は基準特性式を求める際のCPU4の
校正処理における各部の動作を示すフローチャートであ
る。
【0033】校正が開始され、図6に示される電圧
1,V2,V3を示すデジタルデータを受け取ると、デ
ータ処理手段41は、(時間,電圧)=(T1,V
1)、(T2,V2)及び(T3,V3)というように
時間と電圧を示すデータを組とする座標データに変換
し、演算手段43に伝送する(ステップS701)。
【0034】メモリ42は、特性式V=exp−(T−
a)2/2b2を演算手段43に伝送する(ステップS7
02)。
【0035】演算手段43ではデータ処理手段41の座
標データを特性式V=exp−(T−a)2/2b2にあ
てはめ、係数a及びbを算出して基準特性式を求め、こ
れをメモリ42に伝送する(ステップS703)。
【0036】メモリ42は演算手段43から伝送された
基準特性式を記憶する(ステップS704)。
【0037】以上により校正動作が終了となる。このと
き、操作性を向上するために、例えば、表示パネル21
に「校正終了」と表示されるように構成してもよい。
【0038】次に、測定動作が開始され、装置利用者が
受光部10にパルスレーザ光100を照射し、受光素子
1はその出力を示す信号を出力する。受光素子1の出力
信号は増幅回路2により増幅される。図8は測定動作時
の増幅回路2の出力波形で、8(a)は受光素子1の出
力が飽和していない状態、8(b)は飽和した状態を示
している。
【0039】増幅回路2の出力波形はADコンバータ3
に伝送され、立ち上がり波形のみがAD変換される。図
9はADコンバータ3によるAD変換結果を示す図であ
る。図9(a)および図9(b)のそれぞれは図8
(a)および図8(b)に対応しており、図9に示すデ
ジタルデータがCPU4に伝送される。
【0040】図10はピークパワー値を求める際のCP
U4の校正処理における各部の動作を示すフローチャー
トである。
【0041】データ処理手段41は図9に示したデジタ
ルデータを受け取ると、図9(a)に示したデジタルデ
ータの場合には(時間,電圧)=(T1,V1)、(T
2,V2)及び(T3,V3)、図9(b)に示したデ
ジタルデータの場合には(時間,電圧)=(T’1,
V’1)、(T’2,V’2)、及び(T’3,V’
3)というように座標データに変換し、これを演算手段
43に伝送する(ステップS101)。
【0042】メモリ42は校正時に求めた基準特性式V
=exp−(T−a)2/2b2を演算手段43に伝送す
る(ステップS102)。
【0043】演算手段43はデータ処理手段41の座標
データより近似式V=c(exp−(T−a)2/2
2)またはV=c’(exp−(T−a)2/2b2
の係数cまたはc’を算出し、最大値(ピーク電圧値)
VP及びV’Pを推定する。この値を表示手段44に伝
送する(ステップ103)。
【0044】図11(a)および図11(b)のそれぞ
れはV=c(exp−(T−a)2/2b2)およびV=
c‘(exp−(T−a)2/2b2)の波形内容を示す
図である。これらの波形内容は演算手段43から表示手
段44に伝送され、表示手段44は伝送されたピーク電
圧値と受光素子1の受光感度からパルスレーザ光のパワ
ー値を算出し、これを表示パネル21に表示させる(ス
テップS104)。
【0045】なお、以上の説明において、ガウス型の特
性式の係数aおよびbを求める際、係数cまたはc’を
求める際のサンプリングデータはいずれも3点として説
明したが、係数aおよびbを求める際には最低2点以上
あればよく、係数cまたはc’を求める際にはレーザの
出射タイミングが正確であれば1点以上あればよい。い
ずれの場合においてもサンプリングデータを多くするこ
とにより測定精度を向上することができ、サンプリング
データを少なくすることにより演算量が少なくなり、測
定精度を向上することができる。
【0046】また、レーザの特性式の選択はレーザ名を
選択することにより行うものとして説明したが、同じ名
称のレーザであっても発振モードや発振線が異なる場合
にはレーザの特性式が異なるものとなる場合がある。こ
のため、レーザの名称により選択を行う代わりに、直接
レーザの特性式を選択するように構成してもよい。
【0047】
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載するような効果を奏する。
【0048】波形の立ち上がり状態から入射レーザ光の
パワーを算出する構成であるために、受光素子の出力が
飽和するようなレーザ光であってもフィルタを用いるこ
となくパワーを算出することができ、迅速に測定を行う
ことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の作用を説明するための図である。
【図2】本発明によるパルスレーザ光パワー測定装置の
一実施例の構成を示す斜視図である。
【図3】本発明によるパルスレーザ光パワー測定装置の
一実施例の構成を示す回路ブロック図である。
【図4】図3中のCPU4の構成を示すブロック図であ
る。
【図5】増幅回路2の出力波形を示す図である。
【図6】ADコンバータ3によるAD変換結果を説明す
るための図である。
【図7】基準特性式を求める際のCPU4の校正処理に
おける各部の動作を示すフローチャートである。
【図8】測定動作時の増幅回路2の出力波形を示す図で
あり、(a)は受光素子1の出力が飽和していない状
態、(b)は飽和した状態を示している。
【図9】ADコンバータ3によるAD変換結果を示す図
である。
【図10】ピークパワー値を求める際のCPU4の校正
処理における各部の動作を示すフローチャートである。
【図11】(a)および(b)のそれぞれはV=c(e
xp−(T−a)2/2b2)およびV=c‘(exp−
(T−a)2/2b2)の波形内容を示す図である。
【符号の説明】
1 受光素子 2 増幅回路 3 ADコンバータ 4 CPU 10 受光部 11 受光窓 20 表示部 21 表示パネル 22 レーザ名選択ボタン 23 校正ボタン 24 確定ボタン 41 データ処理手段 42 メモリ 43 演算手段 44 表示手段 100 レーザ光 S101〜S104、S701〜S704 ステップ

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パルスレーザ光のピークパワーを測定す
    る際のパルスレーザ光パワー測定方法であって、 前記パルスレーザ光のパルス波形型についての基準特性
    式を決定した後に、前記パルスレーザ光のパワーを測定
    し、その立ち上がり特性を前記基準特性式にあてはめて
    前記パルスレーザ光の出力を示す近似式を求め、前記近
    似式によりパルスレーザ光のピークパワーを推定するこ
    とを特徴とするパルスレーザ光パワー測定方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のパルスレーザ光パワー測
    定方法において、 基準特性式を決定することを係数を用いて表わされる特
    性式を用いて行い、ピークパワーの測定の事前にパルス
    レーザ光のパワーの測定結果に基づいて前記係数を定め
    ることを特徴とするパルスレーザ光パワー測定方法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のパルスレーザ光パワー測
    定方法において、 特性式を、測定を行うパルスレーザ光に応じて決定する
    ことを特徴とするパルスレーザ光パワー測定方法。
  4. 【請求項4】 パルスレーザ光のピークパワーを測定す
    パルスレーザ光パワー測定装置であって、 パルスレーザ光を受光してそのパワーを示す信号を出力
    する受光部と、表示パネルと前記受光部の出力信号に基
    づいてパルスレーザ光のピークパワーを推定する推定手
    段を備える解析部とからなり、 前記推定手段は、前記パルスレーザ光を受光した受光部
    の出力信号の立ち上がり特性を予め定められた前記パル
    スレーザ光のパルス波形型についての基準特性式にあて
    はめて前記パルスレーザ光の出力を示す近似式を求め、
    前記近似式によりパルスレーザ光のピークパワーを推定
    することを特徴とするパルスレーザ光パワー測定装置。
  5. 【請求項5】 請求項4記載のパルスレーザ光パワー測
    装置において、 推定手段は、係数を用いて表わされる特性式を用いて基
    準特性式を決定することをピークパワーの測定の事前に
    行い、前記パルスレーザ光を受光した受光部の出力信号
    の立ち上がり特性をパルスレーザ光のパワーの測定結果
    に基づいて前記係数を定めることを特徴とするパルスレ
    ーザ光パワー測定装置。
  6. 【請求項6】 請求項5記載のパルスレーザ光パワー測
    定装置において、 解析部には推定手段の制御により表示を行う表示パネル
    と装置利用者からの入力を受け付ける入力手段が設けら
    れ、 推定手段は、測定を行うパルスレーザ光に応じた特性式
    を予め用意して前記表示パネルに表示させ、その後の前
    記入力手段への入力内容に応じて特性式を決定すること
    を特徴とするパルスレーザ光パワー測定装置。
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