CN2071334U - 锆钛酸铅热释电型激光功率能量计 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于激光参数测量仪器领域。该仪
器采用锆钛酸铅(简称PZT)系列热释电陶瓷材料做
为热敏传感元件，在其表面上附上吸收体，从而制成
普通的平面形和锥腔形的单腔激光能量计与新型的
双腔平面形和劈形的激光能量计，制成斩波式和取样
斩波式激光功率计。
Description
本实用新型属于激光参数测量仪器领域。
激光功率能量计是激光参数测量的基本工具，目前应用最普遍的激光功率能量计是热偶型，即温差电偶型探测器。它是由几十对甚至几百对温差电偶连接而成，在电偶的一个接头涂上黑层或加上一片黑色材料，当光辐射照射到这个黑体时，产生的温差电动势的大小就反映出入射光辐射功率的值，如中国专利申请85100696所提供的激光辐射探测器就属于这一类型。热偶型探测器的缺点是响应时间一般为30～50ms，且制做工艺比较复杂。中国专利申请86207853所提供的聚偏氟乙烯薄膜激光辐射探测器，灵敏度为10mv／mj，响应时间为0.5ms，最大可承受功率密度为100MW／cm2。由于聚偏氟乙烯薄膜的“居里点”仅为几十度，因而自身难以承受高的功率密度，利用它做成的激光功率能量计在应用上受到限止。为了克服这一缺点，在其表面加上一层石墨吸收体后，虽最大承受功率密度达到300MW／cm2，但其灵敏度和响应时间由此而降低了很多。
参考文献：
1、86年哈尔滨中日电子传感技术科学讨论会论文汇编P129“用于激光及其光辐射探测器的PVDF薄膜传感器”
本实用新型的目的在于克服上述最通用的两大类型激光功率能量计的缺点，提供一系列灵敏度高、响应快、量程宽、承受功率密度大的激光功率能量计，并且提供一种新型双腔激光功率能量计和一种新型劈形激光功率能量计。
本实用新型所提供的激光能量计，其核心主要由热敏传感元件和吸收体两部分组成。
热敏传感元件采用锆钛酸铅系列压电陶瓷（以下简称PZT）热释电材料。该材料具有100mv／mj的高灵敏度和20μs的响应时间。它们的“居里点”大都在300°－400℃之间，自身质地坚硬能承受300MW／cm2的功率密度。并且在PZT的表面一般都镀有银电极，因而能量计的信号引线就可直接分别从PZT两表面的银电极引出。所使用的热敏传感元件PZT陶瓷片可以是圆形、方形或其它任何形状，它的厚度可从0.01mm┄10mm，平面型PZT片的面积可从0.5mm2┄30000mm2。斜劈型和锥腔形的腔体的腔口可从φ1mm┄φ100mm，顶角可从5°－180°，壁厚从0.01mm┄5mm。
吸收体可以是石墨、碳粉、墨，也可以是铝、铜、铁等金属及其氧化物，形状不限，还可以直接把PZT表面的电极层作为吸收体。这些吸收体可以涂、贴、粘、镀、淀积在热敏传感元件PZT基片表面或基片的电极表面。把很薄的石墨、碳粉、墨或煮黑、氧化的金属片等黑色吸收体粘、贴、涂、镀或淀积在PZT的电极表面，做成测量从毫微焦耳到焦耳级的高灵敏度能量计。把较厚的石墨、金属氧化物或具有一定反射、散射的金属片等粘、贴在PZT的电极表面，做成测量从毫焦耳到几十、几百以至上千上万焦耳的中、大能量的能量计。把吸收体附在PZT的一个电极表面，构成普通的单腔型激光能量计；把两个不同的吸收体分别附在PZT的两个电极表面，构成两面具有不同灵敏度、响应时间和承受功率密度的新型双腔型激光能量计。
本专利提供的激光能量计，其结构包括通用的如图1所示的平面型和图3所示的锥腔型外，同时提供两种新型结构，一种是如图2所示的双腔型结构，一种是用两个矩型平面PZT片组成一个劈形代替图3中锥腔的劈形结构。
图1所示是一般平面结构的单腔型激光能量计，它由腔体（1）、绝缘套（2）、热沉块（3）、PZT基片（4）、吸收体（5）、压环（6）、螺丝压环（7）、腔盖（8）共8个部分组成，其PZT基片（4）的“＋”极面贴在热沉块（3）上，形成整体同轴型结构，有很好的抗干扰能力。
图2所示是一种新型平面形结构的双腔型激光能量计，它是由盖头（1）、腔盖（2）、腔体（3）、吸收体A（4）、PZT基片（5）、吸收体B（6）、绝缘压环（7）、螺丝压环（8）组成，吸收体B（6）是薄层强吸收材料，具有高的灵敏度，这面用来测量小能量激光脉冲，吸收体A（4）是厚是或具有散射和反射的材料，具有较低的灵敏度，而具有承受高功率密度脉冲激光的强度，可测大能量激光脉冲，此种双腔型能量计的探头相当于两个普通的单腔型的能量计探头。把PZT基片（5）的“＋”极面和吸收体A（4）接触，在测量小能量激光时，只要盖上吸收体A（4）一端的盖头（1）就具有良好的屏蔽作用。
图3所示是一般锥腔形结构的激光能量计，它由同轴插座（1）、腔体（2）、绝缘垫环（3）、热沉块（4）、PZT材料做成的锥腔（5）、吸收体（6）、压环（7）、螺丝压环（8）、腔盖（9）、垫圈（10）几部分组成。
用两个矩形平面PZT片组成一个劈形代替图3中锥腔（6），只要将图3中的热沉块（4）和吸收体（6）做相应的改变，就做成新型结构的劈形激光能量计。
本激光能量计达到的典型指标为：
光谱响应范围：0.25┄25μm
灵敏度：100mv／mj
响应时间：20μs
承受功率密度：300MW／cm2
分辨力：10－9J
根据功率W＝能量E／时间T的原理，利用前述的各种激光能量计，制做成斩波式如图4所示和取样斩波式如图5所示两种类型的激光功率计。
在各种结构的能量计吸收体的一方加一个斩波装置，就制成斩波式激光功率计。
把热敏传感元件和吸收体做成一定角度的扇形或三角形，把它们以叶片的形式装在马达轴上或一个由马达带动旋转的圆盘上，制成取样斩波式激光功率计。只要控制马达的转动，可以单次取样，也可以周期性重复频率取样。取样斩波式功率计是一种以“动”代替传统“静”的测量方法，不仅是一种无冷却测量从微瓦到万瓦连续激光的功率计、而且还能检测万瓦级激光输出功率在毫秒级间的起伏和稳定性，同时可无需间断工作而随时监测其激光功率。
图4所示是斩波式激光功率计，它是由螺母压环（1）、压环（2）、吸收体（10）、PZT片（4）、绝缘套（3）、马达（5）、固定片（6）、斩波盘（8）、前盖（9）、外壳（7）十个部分组成，此种功率计适合于中小功率的测量。
图5所示是取样斩波式激光功率计，它主要由马达（1）、PZT叶片（2）、吸收体（3）、绝缘环（5）和电极环（4）五部分组成。它的信号引线是顺着马达分别连接在两个电极环（4）上，然后由石墨滑块从电极环上把信号引出。信号的引出也可用轴承或滚珠等引出。用PZT热敏传感元件和吸收体做成的叶片，可以是一个，也可以是多个。即使选用一个探测器叶片，只要以不同的转速，就可测量从微瓦到万瓦的大范围激光功率。因为它是瞬态取样，加之旋转冷却，即使是测量万瓦激光功率也无需外加任何特殊冷却措施与手段。PZT的“－”极面与吸收体连接，如果需要，可以用金属导电材料把PZT的“＋”极面与侧面包来，具有良好的屏蔽作用。在它们的外部可以加外壳，也可以不加外壳。
本激光功率计达到的典型指标为：
光谱响应范围：0.25┄25μm
测量范围：1μW┄104W
实施例1
制做图1所示平面单腔型激光能量计，用钢材制做长25mmφ50mm腔体（1）、螺母压环（7）和腔盖（8）并煮黑。用紫铜制做热沉块（3）和φ20mm的压环（6），用有机玻璃制做绝缘套（2），选用φ20mm厚0.5mm的PZT5片（4），把φ20mm厚100μm的石墨片做为吸收体（5），并用碳导电胶把吸收体（5）粘贴在PZT片（4）的“－”极一面。用同轴电缆引出信号。
实施例2
制做图2新型平面形状结构的双腔激光能量计，用钢材制做φ44mm的盖头（1）、腔盖（2）、长25mmφ60mm的腔体（3）、φ40mm的螺母压环（8）并煮黑，用1mm厚的有机玻璃板制成φ40mm的绝缘压环（7），选用1mm厚φ40mm的PZT片（5），在PZT5的“－”极面涂碳粉做成吸收体B（6），用φ40mm厚0.2mm的石墨片做为吸收体A（4），并把吸收体A（4）用银导电胶粘贴在PZT5的“＋”极一面。用同轴电缆引出信号。
实施例3
按实施例2制做，在吸收体A（4）和PZT5片（5）的中间加进厚1mmφ40mm的印刷电路板和另一片厚1mmφ40mm的PZT5片并用此印刷电路板把两片PZT5片隔开，用两根同轴电缆分别把两面腔的信号引出，做成独立型双腔激光能量计。
实施例4
制做图3所示的锥腔形结构的激光能量计，用钢材制成腔体（2），锥腔体口径为φ50mm，用黄铜做成热沉块（4）、φ40mm压环（7），螺母压环（8）与压环（7）一样大，腔盖（9）和腔体（2）采用煮黑，绝缘垫环（3）为有机玻璃制做，垫圈（10）为φ40mm有机玻璃，选用顶角为45°厚1mm的PZT－4材料做成锥腔（5），选用顶角为45°厚0.2mm的石墨锥腔做为吸收体（6），用碳导电胶把热沉块（4）、锥腔（5）和吸收体（6）粘在一起，用同轴电缆引出信号。
实施例5
按实施例4制做，用两片长50mm宽40mm厚1mm的PZT4做成45°的劈形代替锥腔（5），热沉块（4）和吸收体（6）做相应的改变，做成劈形结构的激光能量计。
实施例6
制做图4所示的斩波式激光功率计。用厚0.5mmφ20mm的掺镁PZT片做PZT片（4），用厚0.1mmφ20mm的石墨片做吸收体（10），用有机玻璃制做绝缘套（3），用铝材制做螺母压环（1）、压环（2）、固定片（6）、斩波盘（8）、前盖（9）和外壳（7），并煮黑，选用录音机小马达（5），用同轴线分别引出马达和信号线。
实施例7
制做图5所示的取样斩波式激光功率计。选用录音机小型直流马达（1），用厚1mm，长6cm，角度为3度的PZT制做一个叶片（2），用厚0.5mm、长6cm、角度为3度的石墨片制做吸收体（3），并用银导电胶把吸收体（3）粘在PZT叶片（2）上，用铜制做电极环（4），用尼龙制做绝缘环（5），用合金铝板制做一个方形外壳，在对应于马达（1）上部，叶片（2）可扫过的区域开一个φ35的圆孔，这个圆孔即是功率计的腔口，又是激光束透射的窗口。
实施例8
按实施例7制做，在马达（1）的转盘上安装3个由PZT和吸收体组成的叶片。
本实用新型所提供的锆钛酸铅热释电型激光功率能量计，不仅使PZT系列热释电材料的高灵敏度、快响应速度和较高的“居里点”与吸收体的宽光谱吸收和能承受高功率密度辐射能力的优点得到了统一，集于一体。而且利用材料特点制做出热偶型探测器等无法实现的双腔新型结构的能量计。本激光功率计的制做工艺也是目前同类结构能量计最为简便和经济的。它具有广泛的实用价值与应用，易于推广生产。
Claims (5)
1、一种由热敏传感元件及吸收体、组成的激光功率能量计，其特征在于：热敏传感元件采用锆钛酸铅压电陶瓷做成，腔体(1)内嵌有绝缘套(2)它与热沉(3)相连，热敏传感器(4)的“+”极贴在热沉(3)上，吸收体(5)做在热敏传感器(4)的一个或二个平面上。构成一体，形成单腔或双腔激光功率能量计。
2、按权利要求1所述的激光功率能量计，其特征在于：其热敏传感元件可以是锆钛酸铅系列热释电陶瓷材料做的， 其厚度可以从0.01mm┄10mm，面积可以从0.5mm2┄30000mm2。
3、按权利要求1所述的激光功率能量计，其特征在于：热敏传感器和吸收体的形状可以是园、方、劈形、锥形的几何形状。
4、按权利要求1、2、3、所述的激光功率能量计，其特征在于：吸收体（4）可以是石墨、碳粉、黑漆、氧化金属膜等黑色吸收层。
5、按权利要求1所述的激光功率能量计，其特征在于，把热敏传感元件PZT片和吸收体做成扇形或三角的叶片，装在马达轴上或一个由马达带动旋转的圆盘上，制成取样斩波式激光功率计。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 89220541 CN2071334U (zh) | 1989-12-06 | 1989-12-06 | 锆钛酸铅热释电型激光功率能量计 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 89220541 CN2071334U (zh) | 1989-12-06 | 1989-12-06 | 锆钛酸铅热释电型激光功率能量计 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN2071334U true CN2071334U (zh) | 1991-02-13 |
Family
ID=4875194
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 89220541 Withdrawn CN2071334U (zh) | 1989-12-06 | 1989-12-06 | 锆钛酸铅热释电型激光功率能量计 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN2071334U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100401026C (zh) * | 2005-09-27 | 2008-07-09 | 中国计量科学研究院 | 激光能量计 |
| CN100465594C (zh) * | 2006-03-23 | 2009-03-04 | 上海理工大学 | 紫外增强型电学定标热释电辐射计 |
| CN102901867A (zh) * | 2011-07-27 | 2013-01-30 | 中国科学院电子学研究所 | 一种单独热路热敏式太赫兹功率探头 |
-
1989
- 1989-12-06 CN CN 89220541 patent/CN2071334U/zh not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100401026C (zh) * | 2005-09-27 | 2008-07-09 | 中国计量科学研究院 | 激光能量计 |
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| CN102901867A (zh) * | 2011-07-27 | 2013-01-30 | 中国科学院电子学研究所 | 一种单独热路热敏式太赫兹功率探头 |
| CN102901867B (zh) * | 2011-07-27 | 2014-09-10 | 中国科学院电子学研究所 | 一种单独热路热敏式太赫兹功率探头 |
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