光电二极管探头
光电二极管探头会根据接收到的光功率和入射光的波长传输电流信号。该电流将会输入一个互阻放大器中，互阻放大器输出的电压是与输入的电流成正比的。由于光电二极管的响应率是与光波长相关的，所以实际探测的光波长应在其中心工作波长附近才可以实现精确测量。功率计表头通过与之相连接的探头可以确定在特定输入波长下的响应率，并能够根据测得的光电流计算出光功率。
光电二极管探头的工作原理
一个光电二极管（PD）实际上就是一个半导体p-n结。当能量足够的光子入射到p-n结上时，p-n结将会发射电子，从而在其中产生电流。光电二极管可以在光伏模式或光导模式下工作。在光伏模式下，光电二极管的阳极和阴极与一个负载电路相连接，这样一来光电二极管就可以传导电流。在光导模式下，光电二极管的两端被施加一个反向的偏压，反向电流的大小取决于入射光功率的大小。反向偏压将会大幅度减小光电二极管对入射光子的响应时间。因此，光导模式常用于高速光电探测器。但是，在光导模式下，PD电流对温度的依赖性却是一个明显的缺点。
在功率测量应用中，光电二极管探头工作于光伏模式下。这时，光电二极管的阳极和阴极与一个互阻放大器的输入端相连接，该放大器可以将光电流转化为输出电压。一个光电二极管至大可以传导几毫安的光电流。光电二极管的响应率是传导电流与入射光功率的比值，通常以“安培/瓦”为单位。响应率与制造光电二极管的材料以及入射光的波长相关。光电二极管的max输出电流被限制在IPD = f （Poptical）特征曲线的线性部分，换言之，受到饱和效应的限制。
如果需要将可测光功率值扩大到几十毫瓦时，可以在光电二极管之前放置一片衰减片来增大可测量的光功率。通常情况下可以采用一片中性密度（ND）滤光片。与响应度相类似，一片ND滤光片的光密度也是与波长相关的。随着时间的增长，光电二极管的响应率会由于老化而发生改变。对于直径很小的光束，如果入射位置不同，光电二极管探头的均匀性差异会导致输出电流的不同。如果光束直径超过了PD探头的有效区，可能会导致错误的数据测量。
积分球探头的工作原理
积分球的内表面在较宽波长范围上具有高反射率。它是由基于PTFE的高反射性块状材料制成的，能够抵抗热、湿度和较强级别的辐射。
入射光束从积分球的内表面漫反射，在整个球体表面产生了强度均匀的分布。光电二极管凹陷在探测器端口内，以避免意外曝光。因此，由光电二极管检测的光的衰减与探测器的有效面积除以球体表面积的值成比例。如果dPD 是探测器的有效面积的直径，且dIS是积分球的内径，那么衰减可用公式表示为：
热敏探头可以传递与输入光功率成正比的电压。每个探头的响应率数据都保存在其EEPROM中，可以通过表头读取。基于测得的探头输出电压及其响应率，表头可以将入射到探头上的光功率值计算出来。
热敏探头包含了若干个热电偶，采用的是热电效应（亦称为塞贝克效应）工作原理，即任意导体在热梯度中都会产生一定的电压。因此，如果在两个界面之间存在一个温度差异，在两个界面之间将会产生一个电势差。该过程可以看做是珀尔帖效应的逆过程。
在一个热敏探头中，入射激光光束的能量会被热势电偶的入射表面吸收，并转化为热量。热电偶的其它表面由于与探头中的散热器相接触，仍然会保持相对低温状态。两个表面之间的温度梯度大小取决于入射光的功率。因此，冷、热表面之间产生的电压是与入射光功率成正比的。
热敏探头将光功率转化为电压的能力取决于探头表面吸收光功率并将其转化为热量的能力。为了增强表面吸收，探测表面会镀上一层膜。为了达到更好的效果，该膜层应与波长相关（即，吸收效率取决于入射波长），并具有较高的损伤阈值（即，具有承受较高光功率密度的能力）。
热电偶自身是对激光波长不敏感的—它只将热转化为电压。但是，由于其附带的吸收膜层会反射一小部分入射光，并且反射过程稍与波长有关，因此它才表现出对波长的依赖性。由于热敏探头所采用的镀膜并不是透明的，故不会让入射光从中透射，同时，在理想情况下，转化过程的效率仅与反射（R）和吸收（A）因子有关，它们满足R +A = 1或A = 1- R。 因此，吸收率与波长的函数关系可以通过测量某个特定波长范围内的反射率进行计算。
能量探头是基于热释电效应设计的。因此，它们可以传递与脉冲能量成正比的峰值电压。如果表头识别了一个热释电探头，它会自动地探测峰值电压，并根据响应率计算出脉冲能量。
热释电探头可以归类于热探测器。它们可以直接将能量脉冲转化为电压脉冲，并且不会受到入射光波长的影响。这些探测器的组成材料具有共轴性，因此对诸如脉冲气体激光器等光源的电磁辐射的干扰并不敏感。
每个探测器都镀有一层黑色吸收层，可以在185纳米至25微米的波长范围内具有近乎常数的吸收率。这些探测器具有相当高的灵敏度，在实际应用中特别有优势。这些探头不需要额外的放大器，由于它们对干扰并不敏感，所以能够测量微焦量级的激光脉冲。
max脉冲重复率取决于探头的内部电容和负载电阻。所有探头都可以用BNC插头直接与一个示波器的1兆欧输入相连接。一个小负载电阻（附带100千欧电阻）可以用于获得至高脉冲重复率，使其能够测量至高为100Hz重复率的光源。这些探头的响应灵敏度也对应地进行了标定。
所有热释电探头均具有20 ms的热敏时间常数，τ。该值表示探头探测单束脉冲后需要的恢复时间。为了探测到正确的能量等级，脉冲光必须比0.1τ短，并且您的光源的重复率必须低于1/τ。
光电二极管探头: 这些探头设计用于单色光源或近单色光源的功率测量，因为它们具有波长相关响应。这些探头根据输入光功率和波长输出电流。电流输入到跨阻放大器中，该放大器输出一个正比于输入电流的电压。
热功率探头:这些热电堆探头由在超宽波长范围内光谱响应相对平坦的材料制成，它们适用于宽带光源( 例如LED和SLD)的功率测量。热功率探头的输出电压与输入光功率成正比。
热释电能量计探头: 我们的热释电探头通过热释电效应产生一个输出电压，适合测量脉冲光源，重复率被探测器的时间常数限制。这些探头输出与输入脉冲能量成正比的峰值电压。
表头将根据用户输入的波长来读出响应值并计算功率或者能力度数。
光电二极管探头根据输入的光功率和波长输出电流。电流流入互阻抗放大器内，然后输出一个与电流成比例的电压。光电二极管的响应率取决于波长，所以要得到精确的功率示数必须输入正确的波长。表头根据这个波长从探头读取响应度并根据光电流计算光功率。
热敏探头的输出电压正比于输入光功率。根据测量的探头输出电压和探头的响应度，表头将计算出入射光功率。
能量探头基于热电效应。它们输出的电压峰值与脉冲能量成正比。如果识别了能量探头，表头将使用一个峰值电压探测器并根据探头的响应度计算脉冲能量。
大多数探头在其有效区域上无法提供完全均匀的响应（积分球探头除外，因为它将这个特性整合到了设计的一部分中）。因此，为了克服这些不均匀问题，入射光应具有填充探头有效区域的至少10%的直径。然而，同样重要的是不要过满照射探头（即，传感器有效区域平面内的光束尺寸必须不能超过有效区域的大小）。对于高功率或高能量的光束，建议选择比光束直径大约20%至30%的探测器尺寸。
光束尺寸会影响一个光源是否在探头的max允许功率和能力密度规格的范围内。这些max额定值附带在每个探头的规格中。请注意，如果您的光束不具有平坦的空间强度分布，那么max功率或能量密度规格在光束的亮区域中必须不能被超过。例如，具有高斯强度分布的光束在光束中央不应具有超过功率（能量）密度规格的功率（能量）密度。
使用热探头或热释电探头时，可以忽略光源的线宽。然而，对于光电二极管探头，产生的电流非常依赖于工作波长。如果光源的线宽大于10 nm (例如，LED)，那么功率计可能显示不正确的功率读数。
使用光电二极管探头时，为了对于宽带光源实现合理的功率测量，探测器的响应曲线必须在光源的线宽范围上接近线性。如果功率计上的工作波长设定为光源的中心波长，那么在光源的波长关于中心波长对称时测量的光学输出功率将近似正确。
光电二极管、中性密度（ND）滤光片的表面以及热探头的黑色镀膜都会导致入射光的一些背向反射。如果这种背向反射进入设备的孔径中，比如激光二极管或氦氖激光器，它可能会影响激光器的功率稳定性。我们建议相对于激光束略微倾斜功率计探头，使得任何背向反射都不会进入激光器的输出孔径中。如果必需完全避免背向反射，我们建议使用我们的积分球探头，因为入射光几乎完全可以在探头内被吸收。
环境光或杂散光可以强烈影响自由空间应用中的测量精确性。通过重置探测器的零电平来减去恒定背景光。功率计无法补偿变化的环境光，比如日光或室内光的开/关。在这些情况下，探头需适当遮蔽以免受到环境光和杂散光的照射。
在大多数情况下，光电二极管探头的响应度对比于整体测量精度会有±5%的可忽略的温度相关性。然而，暗电流对于温度很敏感，它可以干扰较低光功率的测量。这种情况下，建议进行适当调零。
相比之下，热探头会对发生在感热盘与散热器之间的任何温度差有响应。探头周围气流上的干扰或者散热器温度的增加（将感热盘长期暴露到激光束的过程中可能会发生这种情况）都可能对精确的功率测量造成干扰。为了将这些效应降到min，探头应该尽可能屏蔽气流。探头应该针对用户的操作条件来适当调零。例如，冷探头可以针对短时间测量进行调零。然而，对于长时间测量，应该允许探头在调零之前达到某一热平衡状态（例如，在曝光约10分钟后）。
来自接地、线缆电容、温度效应、杂散光和环境光，以及探测器的噪声都可能干扰测量的精度。测量较低的光学功率时，这些噪声源会造成更大的影响。下面是将噪声效应降到min的一些提示和建议：
功率探头应该直接接地(例如，通过安装接杆)，因为外壳连接到功率计的数字接地端。
能量探头应该安装成它们从接地端隔离，因为外壳连接到功率计的模拟接地端。
因为探头线缆可以传导非常小的电流或电压信号，并且移动线缆时，线缆的电容会引起干扰，对于非常小的功率或能量测量，线缆应该处于固定位置。
对于光电二极管探头，带宽应设定为"低"。对于热探头，应该关闭加速电路。
自由空间应用中的长期测量需要恒定的环境光条件，或遮蔽来自外部光源的光路。
激光从光纤头以圆锥形发射，开口角是光纤接受角的两倍。光纤接受角可以通过下式计算：
其中NA是光纤的数值孔径，n是折射率(对于空气，n=1)。
对于典型的光纤，所发射的光的总角度(2Θ)在15°与25°之间。如果使用一个有角度的接头，那么圆锥形将从光纤轴倾斜约4°。
为了获得精确的测量结果，必须考虑从光纤头到探测器位置所发生的光束扩张，以避免过度照射探测器。相反，要使高功率光纤激光器减小它的功率密度，光纤头与探测器表面之间维持某一尺寸间隙。
对于测量具有较大发散角的光纤输出，或者必须避免背向反射的应用，我们建议使用我们的积分球探头。
基于光纤的测量而设计的探头。这些探头直接插到功率计中，在探头与表头之间没有线缆，使测量的干扰降到min。
能量探头基于热释电效应，并具有20 ms的热时间常数。结果是，当探头连接到1 MΩ的负载时，能量的测量限制在30 Hz至40 Hz的max重复率。下面概括了用于获得精确能量测量的重要考虑因素。
热释电探头提供峰值振幅与脉冲能量成比例的电压脉冲。当功率计表头操作于峰值探测器模式时，它指示的是各个脉冲的能量。触发电平可以设置在所选能量范围的0%至99%之间，并且它定义峰值探测器识别脉冲，开始记录数据并等待到达峰值的较低阈值。因而，触发电平必须设定成高于噪声水平，低于预期能量。一种有效的方式是连接探头，选择所需范围，并增大触发电平，直到表头停止连续测量功率位置。请注意，最后的测量值保持显示在表头上（能量测量模式中的峰值保持）。
脉冲重复率必须不能超过对于实际探头类型指定的最大值。否则，测量的值会受到后续的脉冲影响。
增大max可测量重复率的方式是将能量探头与一个示波器（高电平-Z输入）和一个100 kΩ终端电阻器一起使用（注意：我们通常在这种配置中为能量探头提供一个校准值。可用低电压进一步降低重复率，但是这将会减弱输入到示波器的信号。各个探头校准数据表中没有提供低电阻下探头性能的数据。）
能量探头可以探测和测量亚纳秒范围到约2 ms的持续时间的脉冲。max脉冲持续时间取决于两个因素：
能量探头不仅对入射在吸收体上的光脉冲有响应，而且对机械脉冲也有响应。这个特性可用于快速检查热释电探头的可操作性。
松开红色9个引脚的D-sub接头，并将探头的BNC线缆连到示波器输入端。请确保该输入设定成直流耦合，和“高电平-Z（High-Z）”。选择适当的X和Y分辨率。
将探头轻轻敲击桌面。如果探头正常运作，在示波器屏幕上应该会显示脉冲。如果您看不到脉冲，试着更改Y灵敏度和触发的设定。
峰值功率低于探头的损伤阈值。无论脉冲长度和重复率是多少，这都成立。因为热探头反应非常慢，它们会整合有效区域上的入射功率。
光电二极管探头可以分辨纳秒级范围的短脉冲。因此，脉冲峰值功率不应大于探头的max功率范围。如果脉冲峰值功率超过设定的功率范围，读数将会消减，并产生不正确的平均值。min-max显示功能对于寻找适当功率范围很有用。
带宽设定也会影响某些脉冲长度和重复率下的功率读数。使用'低（LOW）'带宽设定进行稳定显示，用'高（HIGH）'带宽设定通过模拟输出监测脉冲。
飞秒激光器的重复率多为几百MHz，而脉冲持续时间是以几十飞秒的数量级。热探头通常为测量平均功率提供较佳结果，因为脉冲的能量通常是适中的。然而，仍然重要的是核实光源不会超过所选探头的max额定值。探头规格的定义和用于计算脉冲特性的常见公式可查看定义标签。
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