[發明專利]熱電式激光功率探頭及其制作方法

在審

• 申請號: 201610880520.5
• 申請日: 2016-10-09
• 公開（公告）號: CN107917754A
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 范平;蔡兆坤;陳天寶;鄭壯豪;陳超銘;梁廣興
• 申請（專利權）人: 深圳市彩煌實業發展有限公司;范平
• 主分類號: G01J1/42
• 分類號: G01J1/42
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司44217
• 代理人: 蔡曉紅,柯夏荷

技術領域

本發明屬于激光測量技術領域，具體涉及一種激光功率探頭，特別是一種熱電式激光功率探頭及其制作方法。

背景技術

在激光功率計中，激光功率探頭是核心部件，它的性能決定了激光功率測量的準確性和激光功率計的適用性。激光功率探頭按照不同的原理和材料分為熱電式型、光電二極管型。熱電式型激光功率計通過熱電堆結構將光能轉換成熱量，再轉換為電信號輸出，通過校準來精確測量激光功率的大小。而光電二極管型探頭通過光電二極管，直接將光能轉換為電流或者電壓信號，再通過校準來精確測量激光功率的大小。

熱電式型激光功率探頭和光電二極管型各自有明顯的優缺點：光電二極管型激光功率探頭，光電二極管型探頭的響應時間非常快，響應頻率非常高，但是對使用波長有一定限制，比如Si光電二極管通常只能測量1微米以內的光，更適合測量功率較小的激光，通常能夠直接探測1pW到數百mW的，加了特定波段的濾光片，通常可以測量3W以內的激光。傳統的熱電式型激光功率探頭吸收材料種類較多，對應不同的吸收光譜和不同的功率密度損傷閾值。從紫外到遠紅外波段均可使用，測量范圍廣，可以從mW量級到數kW量級，但是，測量連續激光輻照時，當激光光源照射在熱電堆探測器靶心時，產生熱量，熱量通過探測器轉換為電勢由中心沿著無源區向邊緣擴散，在熱電偶的熱端和冷端形成電勢差，最終由電壓計讀出。由于無源區的存在，一般這類激光功率探頭響應時間較慢，需要幾秒至幾十秒。且這種類型的探頭由于結構的限制，靈敏度較低，影響探頭的信噪比，輸出信號容易被噪聲淹沒，增加了信號提取的難度。

因此，有必要提出一種新型的熱電式激光功率探頭及其制作方法，用于解決現有的激光功率探頭響應慢、靈敏度低等技術難題。

發明內容

針對現有技術的上述缺陷，本發明提供一種熱電式激光功率探頭，此種熱電式激光功率探頭制備工藝簡單、制造成本低、體積小、響應快、靈敏度高和穩定性高。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一方面，提供一種熱電式激光功率探頭，包括吸收材料層，所述吸收材料層添加在導熱過渡層一面上，導熱過渡層的另一面通過高導熱硅脂連接薄膜熱電堆探測組，所述薄膜熱電堆探測組由多個薄膜熱電堆探測組單元通過連接部串聯電連接形成；所述薄膜熱電堆探測組與所述高導熱硅脂接觸的一面為工作端面，與所述工作端面相對的另一面為參考端面，所述參考端面設有溫度傳感器，用于檢測所述參考端面的溫度變化。

優選的，所述薄膜熱電堆探測組單元為單面單層膜結構，其具體包括：第一絕緣基底，所述第一絕緣基底的一面上鍍制有P型熱電偶層；第二絕緣基底，所述第二絕緣基底的一面上鍍制有N型熱電偶層，所述P型熱電偶層、第一絕緣基底、N型熱電偶層以及第二絕緣基底依次疊加為一體；所述P型熱電偶層和N型熱電偶層的一端通過連接端進行電連接，形成工作端；與所述工作端相對的另一端為參考端；并從所述P型熱電偶層和所述N型熱電偶層的參考端上分別引出正電極和負電極。

優選的，所述薄膜熱電堆探測組單元為雙面單層膜結構，其具體包括：一個絕緣基底，所述絕緣基底的一面上鍍制有P型熱電偶層；在所述絕緣基底上的、與鍍制有所述P型熱電偶層的一面相對的另一面上鍍制有N型熱電偶層；所述P型熱電偶層和N型熱電偶層的一端在所述絕緣基底裸露的一側面沉積并連接，形成工作端；與所述工作端相對的另一端為參考端；并從所述P型熱電偶層和所述N型熱電偶層的參考端上分別引出正電極和負電極；相鄰兩個雙面單層膜結構的所述薄膜熱電堆探測組單元之間還設有絕緣層。

優選的，所述薄膜熱電堆探測組單元為單面多層膜結構，其具體包括：一個絕緣基底；在所述絕緣基底的一面上依次并反復鍍制P型熱電偶層、絕緣材料薄膜層和N型熱電偶層；其中，一組P型熱電偶層、絕緣材料薄膜層和N型熱電偶層形成了一個三層膜，所述三層膜的P型熱電偶層和N型熱電偶層的一端在絕緣材料薄膜層一端連接，形成三層膜的PN結，所述PN結所在的一端為工作端，與所述工作端相對的另一端則為參考端；并從第一個三層膜PN結的P型熱電偶層的參考端上引出正電極，以及在最后一個三層膜的PN結的N型熱電偶薄膜層上引出負電極。

優選的，所述單面多層膜結構的薄膜熱電堆探測組單元至少由兩個所述三層膜的PN結組成；相鄰兩個所述三層膜的PN結之間設有一層相隔絕緣材料薄膜層，且相鄰的兩個所述三層膜PN結在所述相隔絕緣材料薄膜層的一端連接，形成所述三層膜的PN結的串聯。