CS214976B1

CS214976B1 - A method for treating a spectrally independent absorbing surface of piezoelectric and pyroelectric ceramic sensor elements for energy and power detectors of lasers and other sources of electromagnetic radiation

Info

Publication number: CS214976B1
Application number: CS669480A
Authority: CS
Inventors: Petr Sladky; Jaroslav Voracek; Miroslav Boudys
Original assignee: Petr Sladky; Jaroslav Voracek; Miroslav Boudys
Priority date: 1980-10-03
Filing date: 1980-10-03
Publication date: 1982-06-25

Abstract

Účelem vynálezu je vytvoření spektrálně neselektivního povrchu, v oboru vlnových délek 0,15 až 30 fim. Podle vynálezu se na optickou absorbující plochu čidla detektoru nanese vrstva vypalovací platinové suspenze. Vzniklá platinová vrstva se opatří částečnou vrstvou platinové černi. Vynález je možno použít i pro měření teplot radiačními metodami.The purpose of the invention is to create a spectrally non-selective surface in the wavelength range of 0.15 to 30 microns. According to the invention, a layer of fired platinum suspension is applied to the optical absorbing surface of the detector sensor. The resulting platinum layer is provided with a partial layer of platinum black. The invention can also be used for measuring temperatures by radiation methods.

Description

Vynález se týká způsobu úpravy spektrálně nezávislého absorbujícího povrchu elementů čidel z piezoelektrické a pyiroelektrioké keramiky pro detektory energie a výkonu laserů a jiných zdrojů elektromagnetického záření.The invention relates to a method for treating a spectrally independent absorbing surface of piezoelectric and pyiroelectric ceramic sensor elements for energy and power detectors of lasers and other sources of electromagnetic radiation.

Přesné měření energie a výkonu laserů a jiných zdrojů elektromagnetického záření je nutnou podmínkou jejich účinného využití. V poslední době se stále siřeji uplatňují detektory energie a výkonu záření laserů, jiných světelných zdrojů i ostatních zdrojů elektromagnetického záření, které využívají čidel na bázi piezoelektrické a pyroelektrické keramiky. Jedním ze zásadních konstrukčních požadavků těchto detektorů je, aby povrch elementu čidla absorboval rovnoměrně světelnou (elektromagnetickou) energii různé barvy (vlnové délky) v co nejširším spektrálním oboru.Accurate measurement of the energy and power of lasers and other sources of electromagnetic radiation is a prerequisite for their efficient use. Recently, energy and power detectors of lasers, other light sources and other sources of electromagnetic radiation using sensors based on piezoelectric and pyroelectric ceramics have been increasingly used. One of the essential design requirements of these detectors is that the surface of the sensor element absorb uniformly the light (electromagnetic) energy of different color (wavelength) in the widest possible spectral range.

Dosavadní způsoby přípravy absorbujících povrchů elementů čidel z piezoelektrické a pyroelektrické keramiky pro detektory záření laserů jsou založeny většinou na kombinovaném postupu. Tyto způsoby spočívají ve vytvořeni vodivé elektrody, popřípadě elektrod na elektrických plochách čidla elementu a v následném vytvořeni vrstvy absorbující světlo na jedné z elektrod. Elektrody se připravují převážně napařením nebo galvanickým pokovením po předchozím chemickém pokovení. Optický povrch elektrody se připravuje nátěrem barvy srovnatelné s optickou černí. Spektrálně kvalitnější povrchy se připravují na kovové elektrodě nejlépe z platiny chemickým, popřípadě elektrochemickým černěním.The prior art methods of preparing absorbing surfaces of sensor elements from piezoelectric and pyroelectric ceramics for laser radiation detectors are mostly based on a combined process. These methods comprise forming a conductive electrode or electrodes on the electrical surfaces of the element sensor and subsequently forming a light-absorbing layer on one of the electrodes. Electrodes are prepared predominantly by steaming or electroplating after previous chemical plating. The optical surface of the electrode is prepared by painting a color comparable to optical black. Spectrally better surfaces are prepared on a metal electrode preferably from platinum by chemical or electrochemical blackening.

Nevýhodou absorbujících povrchů připravených nátěrem, popřípadě nastříkáním různých typů opticky černých barev, je jejich velká tepelná kapacita, nedostatečná tepelná odolnost a zvláště spektrálselektivita v ultrafialové a infračervené oblasti. Nevýhodou podstatně opticky kvalitnějších povrchů připravených napařením nebo chemickým nanesením platinové elektrody a následným elektrochemickým černěním je nákladnost jejich přípravy a zvláště náchylnost k mechanickému otěru a poškození. Výjimku tvoří zvláště nákladný postup platinové černi na elektrodách slitin platiny.The disadvantage of absorbing surfaces prepared by coating or by spraying various types of optically black inks is their high heat capacity, insufficient heat resistance and especially spectral selectivity in the ultraviolet and infrared regions. The disadvantage of substantially optically better surfaces prepared by steaming or chemical plating of the platinum electrode and subsequent electrochemical blackening is the cost of their preparation and in particular the susceptibility to mechanical abrasion and damage. The exceptionally expensive process of platinum black on the electrodes of platinum alloys is an exception.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny způsobem úpravy spektrálně nezávislého absorbujícího povrchu elementů čidel z piezoelektrické a pyroelektrické keramiky pro detektory energie a výkonu laserů a jiných zdrojů elektromagnetického záření podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se na optickou absorbující plochu čidla detektoru nanese vrstva vypalovací platinové suspenze. Vzniklá platinová vrstva čidla detektoru se opatří částečnou vrstvou platinové černi.The above drawbacks are overcome by the method of treating the spectrally independent absorbing surface of piezoelectric and pyroelectric ceramic sensor elements for energy and power detectors of lasers and other sources of electromagnetic radiation according to the invention, which comprises depositing a platinum firing layer on the optical absorbing surface of the detector sensor. suspension. The resulting platinum layer of the detector sensor is provided with a partial platinum black layer.

Výhodou způsobu podle vynálezu je skutečnost, že vzniknou elementy čidel detektorů záření laserů, ostatních světelných zdrojů elektromagnetického záření, jež jsou spektrálně nesenlektivní (přinejmenším v oboru vlnových délek 0,15 až 30 μία. Přitom vzniklá vrstva platinové černi je zvláště v případě vypalovací suspenze odolná proti mechanickému otěru i jinému mechanickému poškození. Rovněž je odolnější vůči optickému propálení ve srovnání s vrstvami, které se připravují dosavadními způsoby. Zásadní předností způsobu podle vynálezu je, že dovoluje využití stávajících výrobních zařízení a dílčích výrobních postupů zavedených pro výše popsané polotovary ultrazvukových měničů. V neposlední řadě je předností způsobu podle vynálezu zhodnocení pyroelektrických vlastností uvedených piezokeramických ultrazvukových měničů. Z toho plyne nejméně pětinásobný ekonomický účinek ve srovnání s výrobou piezoelektrických ultrazvukových měničů.The advantage of the method according to the invention is that sensor elements of laser radiation detectors, other light sources of electromagnetic radiation, which are spectrally non-selective (at least in the wavelength range of 0.15 to 30 μία), are formed. It is also more resistant to optical burns compared to the layers prepared by the prior art The essential advantage of the method according to the invention is that it allows the use of existing manufacturing equipment and manufacturing processes introduced for the above-described ultrasonic transducer blanks. Last but not least, the advantage of the method according to the invention is the evaluation of the pyroelectric properties of said piezoceramic ultrasonic transducers. compared to the production of piezoelectric ultrasonic transducers.

Způsob podle vynálezu je dále popsán na příkladech provedení.The method according to the invention is further described in the examples.

Příklad 1Example 1

Pro detektor spektrálního rozdělení energie a výkonu spojitých i pulsních laserů v oboru 0,15 až 30 μτη vlnových délek a střední energie 10 ~³až 10° J, resp. ekvivalentního spojitého výkonu 10^-3 až 10° W se na polotovar ultrazvukového piezokeramlckého měniče iprůměru 20 mm a rezonanční frekvence 2 MHz pro podélný tloušťkový mod se na počátku operace nanášení elektrod z vypalovací stříbrné suspenze namísto toho opatří jedna plocha polotovaru vypalovací suspenzí 8,3 % PtAu. Při vypalování se postupuje tak, že vypálení suspenze se provede při teplotě 800 °C, což je stejná teplota jako pro stříbrné vypalovací suspenze. Vzniklá platinová elektroda s příměsí zlata na jedné ploše elementu čidla detektoru se opatří částečnou vrstvou platinové černi o tloušťce rovné jedné desetině až jedné polovině výchozí tloušťky elektrody, avšak ne tenší než 100 Á.For the spectral distribution of energy and power of continuous and pulsed lasers in the range of 0.15 to 30 μτη wavelengths and mean energy of 10 ~ ³ to 10 ° J, respectively. equivalent to 10 ^-3 to 10 ° W continuous power, a blanket of 8.3% is pre-coated with a firing slurry instead of an electroplating silver slurry electrode deposit area at the beginning of the electrode depositing silver slurry electrode for an ultrasonic piezoceramic semiconductor of 20 mm diameter and a 2 MHz resonant frequency. PtAu. The firing is carried out by firing the slurry at a temperature of 800 ° C, which is the same temperature as for the silver firing slurries. The resulting gold platinum electrode on one surface of the detector sensor element is provided with a partial platinum black layer of one tenth to one half of the initial electrode thickness, but not less than 100 Å.

Příklad 2Example 2

Při výrobě elementu čidla pro detektory záření laserů malýcih výstupních energií a výkonů v daném spektrálním oboiru a oboru energií 10~⁶až 10~⁴ J (10^-6 až 10^_4W) se jako polotovaru elementu čidla použije polotovar ultrazvukového měniče o průměru 10 mm a rezonanční frekvencí 5 MHz pro podélný tloušťkový mod nebo pro detektory záření laserů velkých (10^-1 až 10² J), resp. velmi velkých (10¹ až 10³ J) výstupních energií a jim ekvivalentních výkonů v daném spektrálním oboru. Přitom se použije jako polotovarů elementů čidel polotovarů ultrazvukových měničů o průměru 25 mm, resp. 35 mm a o rezonančních frekvencích 1 MHZ resp. 350 KHz pro podélný tloušťkový mod.In the manufacture of the sensor element for detectors of small-scale laser output energy and power in a given spectral range and 10 to ⁶ to 10 ~ ⁴ J (10 ^-6 to 10 ^_4 W) energy range, a 10 mm diameter ultrasonic transducer blank is used and a resonance frequency of 5 MHz for longitudinal thickness mode or for large ( ^10-1 to 10 ² J) laser detectors, respectively. very large (10 ¹ to 10 ³ J) output energies and their equivalent power in a given spectral range. In this case, ultrasonic transducer semi-finished products having a diameter of 25 mm or more are used as blanks of the sensor elements. 35 mm and resonant frequencies of 1 MHZ resp. 350 KHz for longitudinal thickness mod.

Způsobu podle vynálezu a na jeho základě vzniklých elementů čidel pro detektory energie, resp. výkonu, záření laserů lze užít 1 pro přípravu elementů čidel z pyroelektrické keramiky pro měření teploty radiačními metodami.According to the method according to the invention and the sensor elements for the energy detectors or the detector elements formed therefrom. power, laser radiation can be used 1 for preparation of sensor elements from pyroelectric ceramics for temperature measurement by radiation methods.

Přitom se využije neselektivnost optické absorbující vrstvy z platinové černi v infračervené a v daleké infračervené oblasti vlnových délek.The non-selectivity of the optical absorbing layer of platinum black in the infrared and far infrared wavelengths is utilized.

Při měření energie a výkonů světelných zdrojů v úzkém vlnovém oboru není třeba chemicky načernit platinovou elektrodu.When measuring the energy and power of light sources in a narrow wavelength, there is no need to chemically black the platinum electrode.

Claims

SUBJECT

Method for treating a spectrally independent absorbing surface of piezoelectric and pyroelectric ceramic sensor elements for energy and power detectors of lasers and other sources of electromagnetic radiation, characterized in that

SUMMARY OF THE INVENTION A platinum slurry firing layer is applied to the optical absorbing surface of the detector sensor, wherein the resulting platinum layer of the detector sensor is coated with a partial layer of platinum black.