DE9415597U1 - Atomic layer thermopile detector - Google Patents

Atomic layer thermopile detector

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Description

Bayerisches Laserzentrum gemeinnützige Forschungsgesellschaft mbH, Haberstraße 2, 91058 ErlangenBavarian Laser Center non-profit research company mbH, Haberstraße 2, 91058 Erlangen

Atomlagen-Thermosäulen-DetektorAtomic layer thermopile detector

Die Erfindung betrifft einen Atomlagen-Thermosäulen-Detektor (ALT-Detektor) für die Laserstrahl-Diagnose, insbesondere zur Leistungsmessung kontinuierlich arbeitender IR-Laser, mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.The invention relates to an atomic layer thermopile detector (ALT detector) for laser beam diagnosis, in particular for measuring the power of continuously operating IR lasers, with the features specified in the preamble of claim 1.

Ein derartiger thermoelektrischer Detektor ist aus der DE 43 06 497 Al bekannt. Er weist einen Substratkristall als Träger auf, der aus SrTiO-, besteht. Dessen kristallographische Hauptebenen - die sogenannten (lOO)-Ebenen - verlaufen schräg zur Substrat-Oberfläche.Such a thermoelectric detector is known from DE 43 06 497 Al. It has a substrate crystal as a carrier, which consists of SrTiO-,. Its crystallographic main planes - the so-called (lOO) planes - run obliquely to the substrate surface.

Auf der Substrat-Oberfläche ist eine thermoelektrisch wirksame Detektorschicht eines Hochtemperatursupraleiters angeordnet, deren Moleküllagen schräg zur Substratoberfläche verlaufen. Bei der derzeit praktizierten Herstellungstechnik wird die Detektorschicht durch epitaktisches Aufwachsen eines thermoelektrisch anisotropen Materials - z.B. eines Hochtemperatursupraleiters aus der Y-Ba-Cu-O-Familie - auf den in der vorstehenden Weise präparierten Substratkristall aufgebracht. Es entsteht eine Thermosäule aus Thermoelementen atomarer Abmessungen mit einer sehr großen Anzahl von seriell gekoppelten Thermoelementen. Im angegebenen Stand der Technik wurde diese Thermosäule deshalb als "Atomlagen-Thermosäule" bezeichnet. Mit der vorstehend erörterten Technik wird erreicht, daß die Hauptanisotropierichtungen der Thermokraft nicht mit dem durch Strahlungsabsorption erzeugten Temperaturgradienten zusammenfallen. Auf diese Weise werden bei Erwärmung der Schichtoberfläche durchA thermoelectrically effective detector layer of a high-temperature superconductor is arranged on the substrate surface, the molecular layers of which run at an angle to the substrate surface. In the currently practiced manufacturing technique, the detector layer is applied by epitaxial growth of a thermoelectrically anisotropic material - e.g. a high-temperature superconductor from the Y-Ba-Cu-O family - onto the substrate crystal prepared in the above manner. This creates a thermopile made of thermoelements of atomic dimensions with a very large number of thermoelements coupled in series. In the prior art, this thermopile was therefore referred to as an "atomic layer thermopile". The technique discussed above ensures that the main anisotropy directions of the thermoelectric force do not coincide with the temperature gradient generated by radiation absorption. In this way, when the layer surface is heated by

Bestrahlung thermoelektrische Spannungen erzeugt, die im Bereich von einigen mV/W im Spektralbereich von UV bis FIR liegen.Irradiation produces thermoelectric voltages in the range of several mV/W in the spectral range from UV to FIR.

Zum Abgreifen der entstehenden thermoelektrischen Spannung sind auf die Detektorschichtoberfiäche Anschlußkontakte aufgebracht.To tap the resulting thermoelectric voltage, connection contacts are applied to the detector layer surface.

Hinsichtlich weiterer Einzelheiten zum Stand der Technik wird auf die DE 43 06 497 Al verwiesen, deren Offenbarungsgehalt in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird.For further details on the prior art, reference is made to DE 43 06 497 A1, the disclosure content of which is incorporated into the present application.

Der bekannte ALT-Detektor läßt sich für den Nachweis von Gleichsignalen mit kurzer Anstiegszeit in der Größenordnung von 1 ns über einen weiten optischen Spektralbereich einsetzen. Speziell eignet er sich für die Laserleistungsmessung gepulster Systeme, wie Excimer-, Nd:YAG- oder CCU-Lasern. Der ALT-Detektor kann aufgrund seiner hohen Zerstörschwelle in Verbindung mit der o.a. Empfindlichkeit ohne Verstärker betrieben werden. Seine Absorptionsrate ist jedoch stark wellenlängenabhängig. Während sie bei Excimer- und Nd:YAG-Lasern noch ausreicht, beträgt sie bei CCU-Lasern nut einer Wellenlänge von 10,6 &mgr;&tgr;&agr;. nur noch ca. 10 bis 15%. Die Pulsspitzenleistung gepulster Laser - z.B. transversal angeregter (TE-) CO^-Laser - reicht dennoch aus, ein hohes Ausgangssignal von mehreren Volt zu erzeugen, ohne den Detektor thermisch zu überlasten, da während der Pulspausen die im Detektor entstandene Wärme abgeführt wird.The well-known ALT detector can be used to detect DC signals with a short rise time of the order of 1 ns over a wide optical spectral range. It is particularly suitable for measuring the laser power of pulsed systems such as excimer, Nd:YAG or CCU lasers. The ALT detector can be operated without an amplifier due to its high damage threshold in conjunction with the sensitivity mentioned above. However, its absorption rate is strongly dependent on the wavelength. While it is still sufficient for excimer and Nd:YAG lasers, it is only about 10 to 15% for CCU lasers with a wavelength of 10.6 μ΄α . The peak pulse power of pulsed lasers - e.g. transversely excited (TE) CO^ lasers - is nevertheless sufficient to generate a high output signal of several volts without thermally overloading the detector, since the heat generated in the detector is dissipated during the pulse pauses.

Im Gegensatz dazu ist die Leistungsmessung an kontinuierlich arbeitenden (cw-Mode-)CO2-Lasern mit Hilfe des bekannten ALT-Detektors problematisch. Einerseits zerstört eine hohe Dauerleistung den Detektor, da keine Pulspausen mehr vorhanden sind, in denen die im Detektor entstandene Wärme abgeführt werden kann. Andererseits sind für ein Detektor-Ausgangssignal mit ausreichendem Signal/Rausch-Verhältnis jedoch Strahlleistungen im Bereich mehrer Watt nötig, da, wie ausgeführt, die Absorption im Wellenlängenbereich von CCU-Lasern niedrig ist. Wegen dieser niedrigen Empfindlichkeit entstehen bei begrenzter Laserleistung Detektorspannungen, die nur wenige Millivolt betragen und daher elektronischIn contrast, the power measurement of continuously operating (cw-mode) CO2 lasers using the well-known ALT detector is problematic. On the one hand, a high continuous power destroys the detector, since there are no longer any pulse pauses in which the heat generated in the detector can be dissipated. On the other hand, however, beam powers in the range of several watts are necessary for a detector output signal with a sufficient signal-to-noise ratio, since, as mentioned, the absorption in the wavelength range of CCU lasers is low. Due to this low sensitivity, with limited laser power, detector voltages arise that are only a few millivolts and are therefore electronically

verstärkt werden müssen. Dies bedingt einen zusätzlichen apparativen Aufwand, der durch die Verwendung des ALT-Detektors gerade unterbunden werden soll.This requires additional equipment, which is precisely what the use of the ALT detector is intended to prevent.

Ein weiteres praktisches Problem bei der Laserstrahl-Diagnose mit Hilfe des ALT-Detektors liegt darin, daß die Detektor-Oberfläche den Laserstrahl reflektiert. Der reflektierte Strahl darf in der Regel nicht in den Laser zurückreflektiert werden, da es dann zu einer Leistungsüberhöhung kommen würde, die sich äußerst nachteilig z.B. auf das Bearbeitungsergebnis von mit dem Laser bearbeiteten Werkstücken auswirken würde. Die Leistungsüberhöhung kann zudem für die optischen Komponenten des Systems und den Laser selbst schädlich sein. Zur Vermeidung der Rückreflektion muß der Detektor verkippt werden, wodurch sich Fehler durch winkelabhängige Effekte bei der Leistungsmessung ergeben können. Zusätzlich muß der durch den verkippten Detektor reflektierte Strahl mittels eines Absorbers aufgefangen werden, damit er in der Umgebung der Apparatur keinen Schaden anrichten kann. Dies erhöht nicht nur den apparativen Aufwand für die Laserstrahl-Diagnose, sondern ist auch sicherheitstechnisch relevant.Another practical problem with laser beam diagnosis using the ALT detector is that the detector surface reflects the laser beam. The reflected beam must not normally be reflected back into the laser, as this would lead to an increase in power, which would have a very detrimental effect on the processing results of workpieces processed with the laser, for example. The increase in power can also be harmful to the optical components of the system and the laser itself. To avoid back reflection, the detector must be tilted, which can lead to errors due to angle-dependent effects in the power measurement. In addition, the beam reflected by the tilted detector must be caught by an absorber so that it cannot cause damage in the area around the device. This not only increases the equipment required for laser beam diagnosis, but is also relevant from a safety point of view.

Ausgehend von den geschilderten Problemen der Laserstrahl-Diagnose mit ALT-Detektoren nach dem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen solchen ALT-Detektor so weiterzuentwickeln, daß mit ihm auch eine Laserstrahl-Diagnose und insbesondere Leistungsmessung an kontinuierlich arbeitenden IR-Lasern und insbesondere CCU-Hochleistungslasera problemlos möglich wird.Based on the described problems of laser beam diagnosis with ALT detectors according to the state of the art, the invention is based on the task of further developing such an ALT detector in such a way that it can also be used to easily carry out laser beam diagnosis and in particular power measurement on continuously operating IR lasers and in particular CCU high-performance lasers.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Durch die vorgesehene Absorptionsschicht für IR-Strahlung wird statt der angegebenen 10% ein weitaus höherer Wert bis optimalerweise annähernd 100% der einfallenden Laserleistung in Wärme umgewandelt, die zur Erzeugung eines Meßsignals in der Detektorschicht des ALT-Detektors herangezogen wird. Zwar wird die Signalanstiegszeit wegen der höheren Wärmekapazität der Absorptionsschicht zugunsten der Empfindlichkeit des Detektors um die gleiche Größenordnung verschlech-This task is solved by the features specified in the characterizing part of claim 1. Due to the absorption layer provided for IR radiation, a much higher value, up to ideally almost 100% of the incident laser power is converted into heat instead of the specified 10%, which is used to generate a measurement signal in the detector layer of the ALT detector. The signal rise time is indeed reduced by the same order of magnitude due to the higher heat capacity of the absorption layer in favor of the sensitivity of the detector.

tert, wie die Empfindlichkeit erhöht wird (z.B. von etwa 1 ns auf ca. 1 ßs). Diese Erhöhung der Signalanstiegszeit stellt jedoch bei kontinuierlich arbeitenden ER-Lasern in den meisten Anwendungsfällen keine Einschränkung hinsichtlich der Detektorqualität dar.tert how the sensitivity is increased (eg from about 1 ns to about 1 ßs). However, in most applications, this increase in the signal rise time does not represent a limitation in terms of detector quality for continuously operating ER lasers.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des ALT-Detektors werden verschiedene Vorteile erzielt:The inventive design of the ALT detector achieves various advantages:

- Die Empfindlichkeit des Detektors wird erhöht, da sich sein Rauschpegel verringert und damit das Signal-Rauschverhältnis des Detektors deutlich verbessert wird. Um denselben Faktor kann die Schwelle der gerade noch detektierbaren Laserleistung gesenkt werden.- The sensitivity of the detector is increased because its noise level is reduced and the signal-to-noise ratio of the detector is thus significantly improved. The threshold of the laser power that can just be detected can be lowered by the same factor.

- Es wird in der Regel kein Meßverstärker benötigt. Falls doch, muß dieser geringeren Anforderungen genügen, da er ein vergleichsweise höheres Eingangssignal bei kleinerer Bandbreite vom erfindungsgemäß modifizierten ALT-Detektor zur Verfugung gestellt bekommt.- As a rule, no measuring amplifier is required. If one is, it must meet lower requirements, since it is provided with a comparatively higher input signal with a smaller bandwidth by the ALT detector modified according to the invention.

- Die Absorption des Laserlichtes bei der Laserstrahl-Diganose erfolgt gleichmäßig über die Oberfläche der Absorptionsschicht, so daß auch bei höheren eingestrahlten Laserleistungen keine Zerstörung der darunter befindlichen Detektorschicht zu verzeichnen ist. Die Absorptionsschicht dient also auch als Schutzschicht für den ALT-Detektor.- The absorption of the laser light during laser beam diagnosis occurs evenly over the surface of the absorption layer, so that even with higher laser powers, the detector layer underneath is not damaged. The absorption layer also serves as a protective layer for the ALT detector.

- Da Absorptionsschichten für IR-Strahlung nicht reflektieren, ist eine Rückreflektion des Strahles in die Laserquelle und eine damit verbundene Leistungsüberhöhung naturgemäß ausgeschlossen. Die Detektorjustage kann also senkrecht zum einfallenden Laserstrahl erfolgen. Durch die senkrechte Detektorjustage werden winkelabhängige Effekte (wie z.B. Polarisationseffekte) vollständig vermieden.- Since absorption layers do not reflect IR radiation, reflection of the beam back into the laser source and the associated increase in power are naturally excluded. The detector adjustment can therefore be carried out perpendicular to the incident laser beam. The vertical detector adjustment completely avoids angle-dependent effects (such as polarization effects).

- Der apparative Aufwand für die Laserstrahl-Diagnose vereinfacht sich, da keine weiteren Absorber zum Auffangen eines reflektierten Strahles notwendig sind. Dies erhöht auch die Sicherheit des gesamten Lasersystems. - The equipment required for laser beam diagnosis is simplified, since no additional absorbers are required to capture a reflected beam. This also increases the safety of the entire laser system.

In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen für die Absorptionsschicht angegeben. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird in diesem Zusammenhang auf die nachfolgende Beschreibung verwiesen, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigen::Preferred embodiments for the absorption layer are specified in the subclaims. To avoid repetition, reference is made in this context to the following description, in which an embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawings. They show:

Fig. 1 einen schematischen Vertikalschnitt durch einen erfindungsgemäß modifizierten ALT-Detektor undFig. 1 shows a schematic vertical section through an ALT detector modified according to the invention and

Fig. 2 eine schematische Perspektivdarstellung dieses ALT-Detektors.Fig. 2 is a schematic perspective view of this ALT detector.

Der m den Fig. 1 und 2 dargestellte ALT-Detektor ist besonders für die Leistungsmessung kontinuierlich arbeitender IR-Laser, z.B. eines COo-Lasers mit einer Wellenlänge vom 10,6 &mgr;&tgr;&eegr;. geeignet. Er weist einenThe ALT detector shown in Fig. 1 and 2 is particularly suitable for measuring the power of continuously operating IR lasers, eg a CO o laser with a wavelength of 10.6 μΩ . It has a

3 Substratkristall 1 mit den Abmessungen 10 &khgr; 10 &khgr; 1 mm auf, der aus SrTiCU besteht. Der Substratkristall ist so geschnitten, daß seine kristallographischen Hauptebenen - die sogenannten (lOO)-Ebenen 2 - um einen Winkel alpha gegen die Oberfläche 3 geneigt sind. Dieser Schrägverlauf ist für die auf die Substratoberfläche 3 aufgebrachte Detektorschicht 4 wichtig. Letztere besteht aus einer dünnen Schicht des Hochtemperatursupraleiters YBa2CugOy_(j(YBCO), die durch Laserablation bei 6800C und 300 mTorr (^-Atmosphäre aufgebracht wird. Die YBCO-(IOO)-Ebenen 5 wachsen dabei parallel zu den (lOO)-Ebenen 2 des Substratkristalls 1. Die kristallographische c-Achse bildet also einen Winkel alpha mit der Oberflächennormalen n, wie dies in Fig. 1 und 2 angedeutet ist.3 substrate crystal 1 with dimensions 10 × 10 × 1 mm, which consists of SrTiCU. The substrate crystal is cut in such a way that its crystallographic main planes - the so-called (lOO) planes 2 - are inclined at an angle alpha to the surface 3. This inclination is important for the detector layer 4 applied to the substrate surface 3. The latter consists of a thin layer of the high-temperature superconductor YBa2CugOy_ ( j(YBCO), which is applied by laser ablation at 680 0 C and 300 mTorr (^ atmosphere. The YBCO (IOO) planes 5 grow parallel to the (lOO) planes 2 of the substrate crystal 1. The crystallographic c-axis thus forms an angle alpha with the surface normal n, as indicated in Fig. 1 and 2.

In der Realität setzt sich die Detektorschicht 4 aus mehrerer Millionen Moleküllagen atomarer Dicke zusammen, die wechselweise aus elektrisch gut leitenden Kupferoxidlagen 6 und schlechter leitenden Zwischenlagen 7 auf der Basis YBa bestehen. Absorption von Laserlicht erhöht die Temperatur der Schichtoberfläche. Die thermische Kopplung des Substratkristalls 1 mit der Detektorschicht 4 hält deren Unterseite 8 stabil auf Raumtemperatur. Somit resultiert ein Temperaturgradient zwischen Oberseite 9 und Unterseite 8 der Detektorschicht 4. Bedingt durch die Anisotropie der Schicht und die Schrägstellung der Moleküllagen (CuO-Lagen 6, Zwischen-In reality, the detector layer 4 is made up of several million molecular layers of atomic thickness, which alternately consist of electrically highly conductive copper oxide layers 6 and poorly conductive intermediate layers 7 based on YBa. Absorption of laser light increases the temperature of the layer surface. The thermal coupling of the substrate crystal 1 with the detector layer 4 keeps its underside 8 stable at room temperature. This results in a temperature gradient between the top 9 and the bottom 8 of the detector layer 4. Due to the anisotropy of the layer and the inclination of the molecular layers (CuO layers 6, intermediate layers 7,

lagen 7) ergibt sich eine Komponente des elektrischen Feldes senkrecht zur Strahlachse S in Neigungsrichtung der Moleküllagen. Diese Komponente des elektrischen Feldes kann als Thermospannung zwischen den auf die Oberseite 9 an den beiderseitigen Rändern der Detektorschicht 4 aufgebrachten Elektroden 10, 11 (Fig. 2) abgegriffen werden.layers 7) results in a component of the electric field perpendicular to the beam axis S in the direction of inclination of the molecular layers. This component of the electric field can be tapped as a thermoelectric voltage between the electrodes 10, 11 (Fig. 2) applied to the top side 9 at the edges of the detector layer 4 on both sides.

Um diesen physikalischen Wirkmechanismus auch für die Laserstrahldiagnose von kontinuierlich arbeitenden IR-Hochleistungslasera praktisch nutzbar zu machen weist der erfindungsgemäße ALT-Detektor auf der Oberseite 9 der Detektorschicht 4 eine Absorptionsschicht 12 für IR-Strahlung auf. Diese Schicht dient zur Umwandlung der über den einfallenden Laserstrahl 13 (Fig. 2) eingestrahlten Leistung in Wärme und hat die in der Beschreibungseinleitung bereits erörterten Effekte und Vorteile.In order to make this physical mechanism of action practically usable for laser beam diagnosis of continuously operating high-power IR lasers, the ALT detector according to the invention has an absorption layer 12 for IR radiation on the upper side 9 of the detector layer 4. This layer serves to convert the power radiated by the incident laser beam 13 (Fig. 2) into heat and has the effects and advantages already discussed in the introduction to the description.

Wie aus Fig. 2 deutlich wird, bedeckt die Absorptionsschicht den zwischen den Anschlußkontakten (Elektroden 10, 11) liegenden Bereich der Oberseite 9 der Detektorschicht 4, wobei ein Isolationsabstand 14 zu den beiden Elektroden 10, 11 verbleibt. Diese in Fig. 2 gezeigte Konfiguration ist einzusetzen, wenn die Absorptionsschicht 12 elektrisch leitfähig ist. Ist sie elektrisch isolierend, kann sie die gesamte Oberseite 9 der Detektorschicht 4 inklusive der Elektroden 10, 11 überdecken.As is clear from Fig. 2, the absorption layer covers the area of the top side 9 of the detector layer 4 lying between the connection contacts (electrodes 10, 11), leaving an insulation distance 14 between the two electrodes 10, 11. This configuration shown in Fig. 2 is to be used if the absorption layer 12 is electrically conductive. If it is electrically insulating, it can cover the entire top side 9 of the detector layer 4 including the electrodes 10, 11.

Für die Absorptionsschicht 12 kommen verschiedene Realisierungsmöglichkeiten in Betracht. Sie kann einerseits aus einer schwarzen, oberflächenmatten Lackschicht in Form eines Speziallackes für die Erstellung matter und absolut blendfreier Oberflächen bestehen. Ein solcher Speziallack ist beispielsweise von der Firma Mankiewicz Gebr. & Co., D-21107 Hamburg unter der Handelsbezeichnung "NEXTEL-Velvet-Coating 811-21" erhältlich. Der Lack besitzt einen winkelunabhängigen Absorptionskoeffizienten von 0,98. Seine Auftragsdicke liegt im Bereich von 50 &mgr;&tgr;&Aacgr;. Eine solche Absorptionsschicht ist insbesondere für die Laserstrahldiagnose im sichtbaren oder nahen Infrarot-Bereich geeignet.Various implementation options are possible for the absorption layer 12. On the one hand, it can consist of a black, matt lacquer layer in the form of a special lacquer for creating matt and absolutely glare-free surfaces. Such a special lacquer is available, for example, from the company Mankiewicz Gebr. & Co., D-21107 Hamburg under the trade name "NEXTEL-Velvet-Coating 811-21". The lacquer has an angle-independent absorption coefficient of 0.98. Its application thickness is in the range of 50 μιδ. Such an absorption layer is particularly suitable for laser beam diagnosis in the visible or near infrared range.

Weiterhin ist es möglich, die Absoprtionsschicht 12 als aufgesprühte Schicht kolloidaler Graphitpartikel auszubilden. Dazu ist ein GraphitsprayIt is also possible to form the absorption layer 12 as a sprayed layer of colloidal graphite particles. For this purpose, a graphite spray

- z.B. "Graphit 33" der Firma Kontakt Chemie - verwendbar, das in Schichtdicken von minimal etwa 8 &mgr;&tgr;&agr; aufgetragen werden kann. Die Graphitpartikel weisen eine Korngröße von 1 bis 10 &mgr;&igr;&agr;, vorzugsweise etwa 3 bis 6 &mgr;&tgr;&agr;. auf.- e.g. "Graphite 33" from Kontakt Chemie - can be used, which can be applied in layer thicknesses of at least about 8 μgr;&tgr;&agr ;. The graphite particles have a grain size of 1 to 10 μgr;&igr;&agr;, preferably about 3 to 6 μgr;&tgr;&agr;.

Weiterhin kann die Absorptionsschicht 12 durch einen Überzug gebildet werden, der aus einem in Lösungsmittel aufgeschlämmten Graphitpulver besteht. Es hat sich dabei ergeben, daß Graphitpulver mit Partikeln einer Korngröße von 3 bis 30 &mgr;&igr;&agr; aüfgeschlämmt in Ethanol befriedigende Eigenschaften hinsichtlich der Laserabsorption aufweist. So konnten Absorptionsschichten 12 mit einer Schichtsdicke von minimal 8 &mgr;&tgr;&eegr; bei einer Partikel-Korngröße von 3,5 &mgr;&tgr;&agr; bzw. minimal 35 &mgr;&pgr;&igr; bei einer Korngröße von 17 &mgr;&pgr;&igr; und ca. 50 &mgr;&tgr;&eegr;. bei Verwendung einer Korngröße von 25 &mgr;&igr;&agr;. einen Absorptionskoeffizienten für CC^-Laser-Strahlung von ca. 0,64 erreichen.Furthermore, the absorption layer 12 can be formed by a coating consisting of graphite powder suspended in solvent. It has been found that graphite powder with particles of a grain size of 3 to 30 μm suspended in ethanol has satisfactory properties with regard to laser absorption. This made it possible to produce absorption layers 12 with a layer thickness of at least 8 μm with a particle grain size of 3.5 μm, or at least 35 μm with a grain size of 17 μm and approximately 50 μm when using a grain size of 25 μm. achieve an absorption coefficient for CC^ laser radiation of approximately 0.64.

Claims (9)

AnsprücheExpectations 1. Atomlagen-Thermosäulen-Detektor (ALT-Detektor) für die Laserstrahl-Diagnose, insbesondere zur Leistungsmessung kontinuierlich arbeitender ER-Laser mit1. Atomic layer thermopile detector (ALT detector) for laser beam diagnostics, especially for power measurement of continuously operating ER lasers with - einem Substratkristall (1) als Träger, vorzugsweise mit einer zu seiner kristallographischen Hauptebene (lOO)-Ebenen (2), schräg verlaufenden Substrat-Oberflächen (3),- a substrate crystal (1) as a carrier, preferably with a substrate surface (3) running obliquely to its crystallographic main plane (lOO) planes (2), - einer auf der Substrat-Oberfläche (3) angeordneten, thermoelektrisch wirksamen Detektorschicht (4) aus Lagen (CuO-Lagen 6, Zwischenlagen 7) eines Hochtemperatiirsupraleiters, deren Lagenebenen ((lOO)-Ebenen 5) schräg zur Oberseite (9) der Detektorschicht (4), vorzugsweise parallel zur kristallographischen Hauptebene ((lOO)-Ebenen 2) des Substratkristalls (1) verlaufen und- a thermoelectrically effective detector layer (4) arranged on the substrate surface (3) made of layers (CuO layers 6, intermediate layers 7) of a high-temperature superconductor, the layer planes ((lOO) planes 5) of which run obliquely to the top side (9) of the detector layer (4), preferably parallel to the crystallographic main plane ((lOO) planes 2) of the substrate crystal (1) and - Anschlußkontakten (Elektroden 10, 11) auf der Oberseite (9) der Detektorschicht (4) zum Abgreifen der in der Detektorschicht (4) entstehenden thermoelektrischen Spannung,- connection contacts (electrodes 10, 11) on the top side (9) of the detector layer (4) for tapping the thermoelectric voltage generated in the detector layer (4), gekennzeichnet durchmarked by eine Absorptionsschicht (12) für IR-Strahlung auf der Oberseite (9) der Detektorschicht (4) zur Umwandlung einfallender Laser-Strahlung (Laserstrahl 13) in Wärme.an absorption layer (12) for IR radiation on the top side (9) of the detector layer (4) for converting incident laser radiation (laser beam 13) into heat. 2. ALT-Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionsschicht (12) auf den zwischen den Anschlußkontakten (Elektroden 10, 11) liegenden Bereich beschränkt ist.2. ALT detector according to claim 1, characterized in that the absorption layer (12) is limited to the area between the connection contacts (electrodes 10, 11). 3. ALT-Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionsschicht (12) eine schwarze, oberflächenmatte Lackschicht ist.3. ALT detector according to claim 1 or 2, characterized in that the absorption layer (12) is a black, matt lacquer layer. 4. ALT-Detektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lackschicht eine Dicke in der Größenordnung von 10 bis 100 /im, vorzugsweise 50 &mgr;&tgr;&agr; aufweist.4. ALT detector according to claim 3, characterized in that the lacquer layer has a thickness in the order of magnitude of 10 to 100 μm, preferably 50 μιδ . ■ 9 -■ 9 - 5. ALT-Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionsschicht (12) als aufgesprühte Schicht kolloidaler Graphitpartikel ausgebildet ist.5. ALT detector according to claim 1 or 2, characterized in that the absorption layer (12) is designed as a sprayed layer of colloidal graphite particles. 6. ALT-Detektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitpartikel eine Korngröße von 1 bis 10 &mgr;&tgr;&agr;, vorzugsweise 3 bis 6 &mgr;&tgr;&eegr; aufweisen.6. ALT detector according to claim 5, characterized in that the graphite particles have a grain size of 1 to 10 μ΄α, preferably 3 to 6 μ΄η . 7. ALT-Detektor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die minimale Schichtdicke der aufgesprühten Schicht etwa 8 &mgr;&tgr;&agr; beträgt.7. ALT detector according to claim 5 or 6, characterized in that the minimum layer thickness of the sprayed layer is about 8 μ΄α . 8. ALT-Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionsschicht (12) durch einen Überzug aus in einem Lösungsmittel, vorzugsweise Ethanol, aufgeschlämmtem Graphitpulver gebildet ist.8. ALT detector according to claim 1 or 2, characterized in that the absorption layer (12) is formed by a coating of graphite powder suspended in a solvent, preferably ethanol. 9. ALT-Detektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverpartikel eine Korngröße von 3 bis 30 &mgr;&tgr;&agr; aufweisen und in Schichtdicken zwischen etwa 8 und 50 &mgr;&agr;&iacgr; in Abhängigkeit von der Korngröße aufgebracht sind.9. ALT detector according to claim 8, characterized in that the powder particles have a grain size of 3 to 30 μ΄α and are applied in layer thicknesses between about 8 and 50 μ΄α depending on the grain size.
DE9415597U 1994-09-29 1994-09-29 Atomic layer thermopile detector Expired - Lifetime DE9415597U1 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19518008A1 (en) * 1995-05-19 1996-11-21 Thomas Dipl Phys Honke N-voltage pulse electronic synchronous registering appts.
DE29806578U1 (en) 1998-04-14 1998-07-30 D.T.S. Gesellschaft zur Fertigung von Dünnschicht-Thermogenerator-Systemen mbH, 06118 Halle Infrared detector using the thermoelectric effect
DE102010027910A1 (en) * 2010-04-19 2011-10-20 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Rapid technology system for use in manufacture of components, has control module directing light beam emitted from laser on measuring field based on defined conditions through scanning system for providing laser power measurement

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