针对紫外、可见、红外等激光器输出功率测试需求, 提出一种由传热体、吸收层、绝缘层和热电偶构成的热电堆型激光功率计。结合热效应和塞贝克效应理论, 采用 Solidworks三维设计软件构建不同关键结构尺寸的模型, 通过 ANSYS Workbench仿真软件建立了热电耦合仿真分析模型, 分析关键结构尺寸参数对输出电压以及温度分布的影响关系。采用机械加工、镀膜和喷砂工艺设计热电堆型激光功率计, 设计封装结构和电路补偿对输出电压进行放大和校准, 结果表明, 传热体厚度、热偶条对数和长度都是影响激光功率计输出电压的关键性因素。

激光功率计广泛应用于测量连续激光功率或脉冲激光平均功率。快速准确的激光功率测量在科学研究和产业发展中具有十分重要的意义。本文系统介绍了各种激光功率计的工作原理，并分析了各种测量方法中的优缺点，讨论了功率测量的波长范围、量程和不确定度等参数。重点探讨了基于光致动力学的激光功率测量方法及发展潜力，并对激光功率测量的未来发展及应用进行了展望。

针对北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCII)直线加速器的实际情况和具体需求，为了提高峰值功率计测量精度、进一步降低反射保护报警响应时间并提供实时波形检测手段，对基于集成电路的射频检波芯片进行了调研，研制了一种基于对数检波器、现场可编程门阵列(FPGA)、高速模数转换器(ADC)的新型峰值功率计。通过对不同工作频率下的多点校准，建立分段传递函数，实现功率计校准工作。对功率计样机进行了系统测试，实现了实验室功率测量误差±0.2 dB，BEPCII在线测试的反射保护响应时间2 μs的成绩，功率计已稳定上线运行一段时间。此外，新型峰值功率计具有宽线性动态范围、反射保护报警、内置双通道检波器、用户和工程师双界面、实时波形显示、波形任一点功率测量等特点。

为了使速调管陶瓷窗免受大功率微波反射信号的损伤, 延长速调管使用寿命, 要求当前反射信号功率超过阈值后, 系统能够在下一个脉冲到达之前发出报警信号, 进而切断触发信号, 实现对速调管的保护。提出了3种较高性价比、易实施的方案, 即PicoScope虚拟示波器的遮罩报警方案、基于自带检波和报警输出功能的芯片制作反射保护插件以及原功率计的升级改进。创新性地提出“3+1”反射保护响应时间测试法, 并对上述3种方案进行详细测试。最终后两种方案取得较好的结果, 综合考虑后, 将改进型功率计作为最终实施方案。目前该改进型功率计已稳定可靠地上线运行超过1年。

在微波测量领域, 功率计、示波器、检波器和矢量网络分析仪都是常用测量器件, 其使用过程中引入的误差对实验结果的准确性有直接的影响。在描述了功率计、示波器、检波器和矢量网络分析仪在微波功率测量领域的使用方法的基础上, 分析对比了一些典型型号的测量器件在不同测量条件下引入的测量误差。实验结果表明: 检波器测得的功率比示波器测得的功率最大大0.4 dB。示波器的不同带宽抑制对功率测量最大相差0.3 dB。N9917矢量网络分析仪比AV3672矢量网络分析仪在频率4 GHz, 衰减器衰减幅值为60 dB时测得的功率大1 dB。

基于InGaAs光电二极管设计了一种高灵敏度的近红外光纤光功率计。该光功率计的前置放大电路采用多档放大量程设计,外加屏蔽盒,提高了测量动态范围。采用差分放大器、差分A/D转换芯片抑制系统的共模噪声。通过温度传感器测量了环境温度,使用D/A转换芯片对前置放大电路进行动态调零,从而抑制了系统的杂散光噪声、光电探测器的暗电流噪声以及光电探测器的温度漂移。测试表明,该光功率计在光纤通信光波段的光功率测量灵敏度达到-90 dBm,测量动态范围、系统信噪比、线性度等指标均显著提高。

结合有机聚合物材料和无机SiO2材料, 设计一种1×2多模干涉—马赫曾德尔干涉仪热光开关, 优化器件参数, 并对其性能进行模拟.利用化学气相沉积、光刻等工艺制备热光开关, 并对其波导形貌进行表征.为了测试器件性能, 采用ARM7处理器和InGaAs光电探测器, 设计并研制了一种光开关性能测试系统.该系统主要由低纹波线性供电电源、光电探测器、前置放大器、主放大器、信号调理器、模数转换器、主控制器、显示器等构成.采用商用光功率计对该测试系统进行标定, 其零点漂移小于0.5 dBm.在光开关电极上施加不同的直流驱动电压, 作为对比, 利用自主研制的光功率计和商用光功率计分别测试光开关某端口的输出光功率.实验结果表明, 两种情况下测得曲线的变化趋势一致, 均在驱动电压为10 V时, 输出光功率达到最小值.该测试系统具有良好的性能, 可满足实际测试需要.

为使光焦度计对光斑质心计算时同时具备高精度和快速的速度，考虑到光焦度计中光斑可能存在变形、部分缺失或二次反射等问题，并且对光斑计算只需要其质心位置的参数，本文提出了一种适用于光焦度计的椭圆中心快速计算方法。该方法通过二值数学形态学提取光斑的边缘，再通过改进的 RANSAC方法去除错误的边缘点以进行椭圆拟合，最后根据拟合后的椭圆表达式的系数直接计算椭圆的中心坐标，即光斑的质心。实验结果表明，该椭圆中心计算方法在光焦度计的使用中同时具有较快的计算速度和 Hough变换一样高的精度 0.01D，适合实际应用。

介绍了在“阳”加速器上使用的闪烁体功率计结构和测量参数,讨论了功率计在北京同步辐射装置上的标定实验,分析了标定结果及由此结果可能给最后实验结果带来的误差,并探讨了修正该误差可行的办法,利用 Dante谱仪测得的能谱对功率计测试结果进行修正。修正后,两套设备之间的测试结果差异由原来的30%以上降至15%以内。最后给出了利用软X光闪烁体功率计进行喷气Z箍缩等离子体辐射测量的结果,得到“阳”加速器上喷气Z箍缩负载产生的软X光辐射峰值功率为几十GW,能量产额数百J。

对于复杂的非定常流动,流场的测量往往要求无干扰、非接触,并且能够瞬时记录流场的信息。采用光干涉方法对放气系统流场的气压变化进行了测量。在加压法测量空气折射率的迈克尔逊双光束干涉实验装置中,引入特制激光功率计和孔状光阑,记录在自由放气过程中等倾条纹中心强度变化与时间的关系曲线,通过折射率与压强和质量流之间的对应关系,进行流场流速的无干扰、非接触的瞬时测量。实验证明这种测量方法响应度好,准确度高。