JPH05240707A - 光パワー測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱電冷却素子を使用せずに正確な測定が可能
な光パワー測定装置を提供する。 【構成】 測定光を熱として吸収すると共にヒータを有
する熱吸収体１と、温度の基準になる温度基準ジャケッ
ト８と、熱吸収体１の温度と温度基準ジャケット８の温
度とを比較して温度差を検出する温度差検出手段６と、
所定のバイアス電圧を生成するバイアス電圧発生手段１
５と、温度差検出手段６で検出された温度差出力とバイ
アス電圧発生手段１５で生成されたバイアス電圧との差
の電圧を受け、温度差検出手段６で検出された温度差が
減少するようにヒータ４に制御電圧を印加する制御手段
１２とを備えたことを特徴とする光パワー測定装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザ等の光のパワーを
測定するための光パワー測定装置に関し、更に詳しくは
受光部の温度上昇についての改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の光パワー測定装置としては図３
の構成のものが良く知られている。また、図４は受光ヘ
ッド部分の詳細を示す図である。

【０００３】これらの図において、１はセンサ部Ｓを形
成する受光体であり、内面に光吸収塗料２が塗布された
筒体３及びヒータ４が埋設された伝熱板５で構成されて
いる。６，６ａは温度差検出素子、７は熱電冷却素子で
あり、これらの素子は同等な性能を有するペルチェ素子
で形成され、伝熱板５と基準ジャケット８に挾まれた状
態で固定されている。なお、基準ジャケット８の外周は
温度を安定化するために中間ジャケット９と外部ジャケ
ット１０で囲まれていて、センサ部Ｓが三重のジャケッ
トで囲まれた受光ヘッドＡとして構成されている。な
お、筒体３を含む伝熱板５の熱容量と基準ジャケット８
の熱容量は、1:1000程度で基準ジャケット９の方が大き
くなっている。

【０００４】１１は熱電冷却素子７に接続された定電流
源である。１２は温度差検出素子６，６ａからの出力よ
り等温制御のためのヒータパワーを求めるフィードバッ
クアンプである。このフィードバックアンプ１２の出力
は、ヒータ４に印加されると共に、入射した光パワーを
求めるため外部に出力される。尚、フィードバックアン
プ１２は、プリアンプ１３及びＰＩＤアンプ１４で構成
されている。

【０００５】上記構成において、測定光が入力されてい
ない場合、基準ジャケット８は室温とされ、ペルチェ素
子からなる熱電冷却素子７には定電流源１１から一定な
値ＩA の電流が常時加えられ、伝熱板５側を常に冷却し
ている。この場合、基準ジャケット８側は加熱されるこ
とになるが、この基準ジャケット８の熱容量は大きく、
熱電冷却素子７の加熱量は僅かである。従って、熱電冷
却素子７と定電流源１１により、常時受光体１側の温度
を低める方向に作用している。

【０００６】一方、温度差検出素子６，６ａはこの温度
差（基準ジャケット８と伝熱板５の温度差：ｎＶレベ
ル）を検出し、プリアンプ１３はその出力を（ｍＶレベ
ル）に増幅し、ＰＩＤアンプ１４に加える。そして、Ｐ
ＩＤアンプ１４で所定の演算（この演算は伝熱板５と基
準ジャケット８の温度が速く一致するように制御するた
めの公知のＰＩＤ演算）が施される。このＰＩＤアンプ
１４の出力はヒータ４に加えられてヒータ４の温度を上
昇させ、温度差検出素子６ａ，６ｂの出力が零になるよ
うに制御する。

【０００７】従って、図３の装置では、熱電冷却素子７
と定電流源１１の作用により冷却された伝熱板５に対し
てＰＩＤアンプ１４から電圧（電流Ｉ）をヒータ４へ加
えて伝熱板５を加熱し、受光体１の温度と温度基準ジャ
ケット８の温度が一致するように制御している。

【０００８】このような状態で、測定すべきレーザ光Ｌ
ａが筒体３の上部から入射されると受光体１が光を吸収
し、その光パワーに応じて温度が上昇する。その熱は伝
熱板５に伝導され、温度平衡状態にあった伝熱板５と基
準ジャケット８間に温度差が発生する。この温度差を温
度差検出素子６ａ，６ｂが検出し、ＰＩＤアンプ１４は
ヒータ４に送出していた電圧値を減少させる。従って、
熱電冷却素子の冷却作用により、ヒータ４の温度は低下
し、伝熱板５と基準ジャケット８の温度は再び一致す
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、熱電冷
却素子７には定電流源１１から一定な値ＩA の電流が常
時加えられ、伝熱板５側を常に冷却している。この結
果、基準ジャケット８側は常時加熱されることになる。

【００１０】従って、図３に示す装置では、熱電冷却素
子７と定電流源１１により、常時、断熱性の基準ジャケ
ット８側の温度を高める方向に作用している。更に、熱
電冷却素子は、それ自体の発熱のために大きな冷却パワ
ーを得ることが困難である。また、大きな熱電冷却素子
は、その大きさのために受光体の大型化をもたらすとい
った問題がある。以上のように、カロリメータの大パワ
ー化に対しては熱電冷却素子に問題がある。

【００１１】本発明はこのような点に着目してなされた
ものであり、その目的は、熱電冷却素子を使用せずに測
定が可能な光パワー測定装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、測定光を熱として吸収すると共にヒータを有する
熱吸収体と、温度の基準になる温度基準ジャケットと、
熱吸収体の温度と温度基準ジャケットの温度とを比較し
て温度差を検出する温度差検出手段と、所定のバイアス
電圧を生成するバイアス電圧発生手段と、温度差検出手
段で検出された温度差出力とバイアス電圧発生手段で生
成されたバイアス電圧との差の電圧を受け、温度差検出
手段で検出された温度差が減少するようにヒータに制御
電圧を印加する制御手段とを備えたことを特徴とするも
のである。

【００１３】

【作用】本発明において、温度差検出手段の検出出力と
バイアス電圧発生手段の発生バイアス電圧との差を受け
た制御手段の制御によりヒータを駆動するようにし、熱
電冷却素子を用いることなく光パワーの測定をすること
ができる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は本発明の一実施例を示す構成図であ
る。既に説明したものと同一物には同一番号を付す。

【００１５】この図において、受光体１には伝熱板１ａ
を介して温度差検出素子６が取付けられている。また、
測定温度の基準となるべき温度基準手段は温度差検出素
子６を介して、温度基準ジャケット８に連結されてい
る。温度差検出素子６の出力とバイアス発生部１５の出
力とが加算器１６に供給されている。加算器１６の出力
はプリアンプ１３で増幅されてメインアンプ１４に供給
される。メインアンプの出力Ｖo はヒータ４に供給され
ている。

【００１６】このように構成した本実施例装置の動作は
以下のとおりである。加算器１６には、バイアス発生部
１５で生成されたバイアス電圧Ｖb と温度差検出素子６
の検出出力とが印加されており、この差動増幅出力がメ
インアンプ１４に印加され、所定のＰＩＤ演算により等
温制御のためのヒータパワーが決定される。

【００１７】入射する光パワーが無いときには、温度差
検出素子６の出力とバイアス電圧との差が無くなるよう
な出力がヒータ４に印加されている。すなわち、メイン
アンプ１４から電圧（電流Ｉ）がヒータ４へ加えられ、
伝熱板５が加熱され、受光体１の温度と温度基準ジャケ
ット８の温度が一致するように制御されている。このと
きのヒータ電力をＰ１とする。そして、温度差検出素子
６の出力は、ヒータの電力に対して負帰還されているも
のとする。

【００１８】このような状態で、測定すべきレーザ光が
入射されると、その光パワーに応じて受光体の１の温度
が上昇する。その熱は伝熱板５に伝導され、温度平衡状
態にあった伝熱板５と温度基準ジャケット８間に温度差
が発生する。この温度差を温度差検出素子６が検出し、
メインアンプ１４はヒータ４に送出していた電圧値を減
少させる。従って、ヒータ４の温度は低下し、伝熱板５
と基準ジャケット８の温度は再び一致する。このよう
に、光パワー入力Ｐinがあると、ヒータ４の電力はこれ
に応じて減少してＰ２となる。これにより、入射光パワ
ーＰinはヒータ消費電力の差（Ｐ１−Ｐ２）に比例した
値に置換され、Ｐ１とＰ２を知ることによって入射光パ
ワーＰinを知ることができる。

【００１９】この場合、光パワー入力Ｐinは以下のよう
に求めることができる。 Ｐin＝ｋ×（Ｐ１−Ｐ２） ここで、ｋは受光体１における光パワーとヒータ電力の
等価性によって決まる定数であり、およそ１である。

【００２０】また、バイアス電圧Ｖb は次のようにして
求められる。 Ｖb ＝Ｓ×Ｐ１ Ｓは温度差検出素子６の感度であり、単位パワー当たり
の起電力である。尚、バイアス電圧については、帰還回
路の性質上、どの部分に配置を変更することも可能であ
る。但し、利得の配分によってバイアス電圧の値は変更
される。従って、温度差検出素子６の感度に応じてバイ
アス電圧Ｖb を変更することで、種々の回路に対応する
ことができる。

【００２１】以上のようにすることで、カロリメータの
熱電冷却素子を省略することができ、構造を簡略化する
ことができる。また、これにより厳密な意味では等温制
御ではなくなるが、実際の測定で問題が生じるものでは
ない。

【００２２】図２は本実施例に示した装置による測定結
果と従来装置による測定結果とを比較した説明図であ
る。この図に示したように、実際の測定でも問題は全く
生じていない。従って、本実施例のカロリメータによれ
ば、従来の熱電冷却素子を使用したカロリメータと比較
して、より簡単な構成で同等な測定精度を達成すること
ができる。

【００２３】以上説明したように、温度差検出素子の出
力とバイアス電圧とを差動増幅し、により、熱電冷却素
子を用いることなく正確な測定をすることが可能な光パ
ワーメータを実現することができる。

【００２４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明で
は、温度差検出素子の出力と所定のバイアス電圧との差
によりＰＩＤアンプを駆動し、このＰＩＤアンプの出力
によりヒータを駆動するようにしているので、熱電冷却
素子を用いることなく正確な測定をすることが可能な光
パワーメータを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す構成図である。

【図２】本発明による測定と従来例による測定との結果
を比較するための説明図である。

【図３】従来例の全体構成を示す構成図である。

【図４】受光ヘッド部分の詳細な構成を示す構成図であ
る。

【符号の説明】 １ 受光体 ６ 温度差検出素子 ８ 温度基準ジャケット １３ プリアンプ １４ ＰＩＤアンプ １５ バイアス発生部 １６ 加算器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定光を熱として吸収すると共にヒータ
   （４）を有する熱吸収体（１）と、 温度の基準になる温度基準ジャケット（８）と、 熱吸収体（１）の温度と温度基準ジャケット（８）の温
   度とを比較して温度差を検出する温度差検出手段（６）
   と、 所定のバイアス電圧を生成するバイアス電圧発生手段
   （１５）と、 温度差検出手段（６）で検出された温度差出力とバイア
   ス電圧発生手段（１５）で生成されたバイアス電圧との
   差の電圧を受け、温度差検出手段（６）で検出された温
   度差が減少するようにヒータ（４）に制御電圧を印加す
   る制御手段（１２）とを備えたことを特徴とする光パワ
   ー測定装置。