CN209264113U - 一种新型激光功率探头 - Google Patents

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隋成华
杨浩
汪飞
方新庭
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Abstract

一种新型激光功率探头，包括衬底、耐高温保护层、吸光导热材料层及薄膜热电堆，所述吸光导热材料层的下表面位于所述衬底的上表面，所述薄膜热电堆位于所述衬底的下表面，所述吸光导热材料层的上表面覆盖所述耐高温保护层，所述薄膜热电堆的两端引出正负电极。本实用新型提供了一种新型激光功率探头，能够提高灵敏度，增加其响应速率，缩小体积。

Description

一种新型激光功率探头
技术领域
本实用新型属于科学、教学或工业中的激光测量技术领域，涉及一种激光功率探头。
背景技术
随着激光技术的发展，激光的应用领域越来越广泛，涵盖了工业、医疗、商业、科研、信息和军事六个领域。无论是在哪个领域，在激光器的研发、制备和应用过程中，对激光器的功率进行检测和标定是必不可少的步骤。激光功率探测器通常有光电型和光热型两种，光电型的灵敏度高、响应快，但测量波段和测量功率有一定的限制，通常只能测mW级激光，测量强激光时通常要加衰减器；光热型的光谱测量范围广、稳定性好，可测量kW量级的激光，当激光照射在热电堆的探测器靶心时，产生的热量通过探测器转换为电势由中心沿着无源区向两边缘扩散，在热电偶的冷热端产生电势差，由电压表可读出，但由于无源区的存在，一般光热型激光功率探测器的响应速度较慢，灵敏度较低、体积较大。
发明内容
为了克服已有激光功率探头的灵敏度较低、响应速度较低的不足，本实用新型提供了一种新型激光功率探头，能够提高灵敏度，增加其响应速率，缩小体积。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种新型激光功率探头，包括衬底、耐高温保护层、吸光导热材料层及薄膜热电堆，所述吸光导热材料层的下表面位于所述衬底的上表面，所述薄膜热电堆位于所述衬底的下表面，所述吸光导热材料层的上表面覆盖所述耐高温保护层，所述薄膜热电堆的两端引出正负电极。
进一步，所述耐高温保护层厚度为2-20um；所述吸光导热材料层厚度为20-500um，优选200um；所述薄膜热电堆厚度为10-1000nm，优选500nm。
再进一步，所述衬底为玻璃衬底、石英衬底或金属板衬底。该衬底的材料没有严格限制，优选金属铝板衬底。
更进一步，所述耐高温保护层为二氧化钒或五氧化二钒层。所述耐高温保护层的材料种类没有严格限制，优选二氧化钒。
所述吸光导热材料层为碳化硅或金刚砂层。所述吸光导热材料层的种类没有严格限制，优选碳化硅。
所述薄膜热电堆的材料为镍-铬、镍-硅、镍-铝、铜、镍、康铜。所述薄膜热电堆的材料种类没有严格限制，优选镍-铬和镍-硅。
本实用新型的有益效果主要表现在：
(1)本实用新型利用二氧化钒或五氧化二钒作为耐高温保护层，有效地降低高功率激光对吸光导热材料层的损坏率；
(2)本实用新型制备得到的激光功率探头的灵敏度高、响应速率快、体积小，且制作设备简单，操作方便，制作成本低；制得的探头具有良好重复性和稳定性。
附图说明
图1是新型激光功率探头的示意图，其中1为衬底，2为耐高温保护层，3为吸光导热材料层，4为薄膜热电堆。
图2是实施例中薄膜热电堆结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
参照图1和图2，一种新型激光功率探头，包括衬底1、耐高温保护层2、吸光导热材料层3及薄膜热电堆4，所述吸光导热材料层3的下表面位于所述衬底1的上表面，所述薄膜热电堆4位于所述衬底1的下表面，所述吸光导热材料层3的上表面覆盖所述耐高温保护层2，所述薄膜热电堆4的两端引出正负电极。
进一步，所述耐高温保护层2厚度为2-20um；所述吸光导热材料层3厚度为20-500um，优选200um；所述薄膜热电堆4厚度为10-1000nm，优选500nm。
再进一步，所述衬底1为玻璃衬底、石英衬底或金属板衬底。该衬底的材料没有严格限制，优选金属铝板衬底。
更进一步，所述耐高温保护层2为二氧化钒或五氧化二钒层。所述耐高温保护层的材料种类没有严格限制，优选二氧化钒。
所述吸光导热材料层3为碳化硅或金刚砂层。所述吸光导热材料层的种类没有严格限制，优选碳化硅。
所述薄膜热电堆的材料为镍-铬、镍-硅、镍-铝、铜、镍、康铜。所述薄膜热电堆的材料种类没有严格限制，优选镍-铬和镍-硅。
参照图2所示的一个热电偶，左边为一种上述提到的材料，右边为另一种上述提到的材料，很多个左右相邻串起来就形成了热电堆，相当于每一个热电偶产生的电动势相加起来，因而可提高灵敏度。
本实施例的衬底为直径45mm，厚度2mm的石英玻璃，利用涂层法将α相碳化硅粉末与导热胶通过酒精混合均匀，在上述石英衬底正面涂抹直径40mm，厚度200um的混合物薄膜，最后将其放入200℃烘箱中烘干30分钟，最终制备出碳化硅吸光导热材料层；利用压片机将二氧化钒粉末在20MPa压力下压成直径为50mm，厚度为30mm的圆柱靶材，并在0.1Pa的真空环境下利用1100℃高温煅烧12小时，最终形成二氧化钒陶瓷靶；利用电子束蒸发，将腔室本底气压抽至5.0×10-3Pa并在9.0×10-3Pa蒸镀气压下蒸镀5um二氧化钒耐高温保护层；利用磁控溅射在石英衬底背面蒸镀薄膜热电堆，将溅射室抽至本底气压为5.0×10-4Pa，通入流量为30sccm氩气后，溅射室气压调至3.0Pa，利用200W射频溅射分别蒸镀镍-铬和镍-硅合金，作为热电堆产生温差电动势的两种材料；最后利用铟将导线压在热电堆的两极最为激光功率探头的正负电极。
本实用新型碳化硅的比热容为670J/(kg·K)，密度为3.2g/cm3，热扩散率为2.199mm2/s，因此其导热率为4.7W/(m·K)，具有良好的导热率。通过测试，随着碳化硅表面温度的升高，热电堆的热电动势呈线性增加，温度为80℃时，热电动势为20mV，具有较高的灵敏度，其响应速率也较快，经测试有二氧化钒耐高温保护层的保护下，碳化硅耐激光功率显著提高。
因此本实用新型弥补了现有技术的不足，提供一种新型激光功率探头及其制备方法，能够提高光热型激光功率探测器的灵敏度，增加其响应速率，缩小体积。

Claims (6)

1.一种新型激光功率探头，其特征在于：所述激光功率探头包括衬底、耐高温保护层、吸光导热材料层及薄膜热电堆，所述吸光导热材料层的下表面位于所述衬底的上表面，所述薄膜热电堆位于所述衬底的下表面，所述吸光导热材料层的上表面覆盖所述耐高温保护层，所述薄膜热电堆的两端引出正负电极。
2.如权利要求1所述的一种新型激光功率探头，其特征在于：所述耐高温保护层厚度为2-20um；所述吸光导热材料层厚度为20-500um；所述薄膜热电堆厚度为10-1000nm。
3.如权利要求1或2所述的一种新型激光功率探头，其特征在于：所述衬底为玻璃衬底、石英衬底或金属板衬底。
4.如权利要求1或2所述的一种新型激光功率探头，其特征在于：所述耐高温保护层为二氧化钒或五氧化二钒层。
5.如权利要求1或2所述的一种新型激光功率探头，其特征在于：所述吸光导热材料层为碳化硅或金刚砂层。
6.如权利要求1或2所述的一种新型激光功率探头，其特征在于：所述薄膜热电堆的材料为镍-铬、镍-硅、镍-铝、铜、镍、康铜。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP4113079A4 (en) * 2020-02-28 2024-03-13 Shandong Xinyuan Photoelectric Technology Co., Ltd. BLACK SILICON CARBIDE CERAMIC BASED THERMOELECTRIC PHOTODETECTOR, OPTICAL POWER METER AND OPTICAL ENERGY METER

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