热电式激光功率探头及其制作方法技术

本发明专利技术公开一种热电式激光功率探头及其制作方法，所述热电式功率激光功率探头包括吸收材料层、导热过渡层和薄膜热电堆探测组；吸收材料层添加在导热过渡层一面上，薄膜热电堆探测组与导热过渡层的另一相对面之间使用高导热硅脂层进行连接；薄膜热电堆探测组与吸收材料层接触的一面为工作端面；其另一相对面为参考端面，在参考端面处设有温度传感器，用于测量参考端面的温度变化，进行温度补偿。本发明专利技术的热电式激光功率探头可使被测激光的能量通过吸收材料层转换为热量，热量平行于入射光方向进行扩散，没有无源区，可大幅度地缩短电势传输距离，提高探头的响应速度，且制备工艺简单、制造成本低、体积小，具有高的灵敏度和稳定性。

Thermoelectric laser power probe and its fabrication method

The invention discloses a thermoelectric power laser probe and its manufacturing method, the thermoelectric power laser power probe including absorption material layer, transition layer and conductive thin film thermopile detector group; the layer of absorbent material added in the thermal transition layer on one side, between the thin film thermopile detector group and thermal transition layer opposite surface high thermal grease layer connection; thin film thermopile detector group and absorption material layer contact surface for working face; the other end opposite for reference, a temperature sensor is arranged in the reference end face, for measuring temperature of reference surface, temperature compensation. Thermoelectric power laser probe of the invention can make the laser energy is absorbed by the material layer is converted to heat, the heat is parallel to the direction of incident light diffusion, not passive, can greatly shorten the potential transmission distance, improve the response speed of the probe, and simple preparation process, low cost and small volume. With high sensitivity and stability.

【技术实现步骤摘要】
热电式激光功率探头及其制作方法
本专利技术属于激光测量
，具体涉及一种激光功率探头，特别是一种热电式激光功率探头及其制作方法。
技术介绍
在激光功率计中，激光功率探头是核心部件，它的性能决定了激光功率测量的准确性和激光功率计的适用性。激光功率探头按照不同的原理和材料分为热电式型、光电二极管型。热电式型激光功率计通过热电堆结构将光能转换成热量，再转换为电信号输出，通过校准来精确测量激光功率的大小。而光电二极管型探头通过光电二极管，直接将光能转换为电流或者电压信号，再通过校准来精确测量激光功率的大小。热电式型激光功率探头和光电二极管型各自有明显的优缺点：光电二极管型激光功率探头，光电二极管型探头的响应时间非常快，响应频率非常高，但是对使用波长有一定限制，比如Si光电二极管通常只能测量1微米以内的光，更适合测量功率较小的激光，通常能够直接探测1pW到数百mW的，加了特定波段的滤光片，通常可以测量3W以内的激光。传统的热电式型激光功率探头吸收材料种类较多，对应不同的吸收光谱和不同的功率密度损伤阈值。从紫外到远红外波段均可使用，测量范围广，可以从mW量级到数kW量级，但是，测量连续激光辐照时，当激光光源照射在热电堆探测器靶心时，产生热量，热量通过探测器转换为电势由中心沿着无源区向边缘扩散，在热电偶的热端和冷端形成电势差，最终由电压计读出。由于无源区的存在，一般这类激光功率探头响应时间较慢，需要几秒至几十秒。且这种类型的探头由于结构的限制，灵敏度较低，影响探头的信噪比，输出信号容易被噪声淹没，增加了信号提取的难度。因此，有必要提出一种新型的热电式激光功率探头及其制作方法，用于解决现有的激光功率探头响应慢、灵敏度低等技术难题。
技术实现思路
针对现有技术的上述缺陷，本专利技术提供一种热电式激光功率探头，此种热电式激光功率探头制备工艺简单、制造成本低、体积小、响应快、灵敏度高和稳定性高。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一方面，提供一种热电式激光功率探头，包括吸收材料层，所述吸收材料层添加在导热过渡层一面上，导热过渡层的另一面通过高导热硅脂连接薄膜热电堆探测组，所述薄膜热电堆探测组由多个薄膜热电堆探测组单元通过连接部串联电连接形成；所述薄膜热电堆探测组与所述高导热硅脂接触的一面为工作端面，与所述工作端面相对的另一面为参考端面，所述参考端面设有温度传感器，用于检测所述参考端面的温度变化。优选的，所述薄膜热电堆探测组单元为单面单层膜结构，其具体包括：第一绝缘基底，所述第一绝缘基底的一面上镀制有P型热电偶层；第二绝缘基底，所述第二绝缘基底的一面上镀制有N型热电偶层，所述P型热电偶层、第一绝缘基底、N型热电偶层以及第二绝缘基底依次叠加为一体；所述P型热电偶层和N型热电偶层的一端通过连接端进行电连接，形成工作端；与所述工作端相对的另一端为参考端；并从所述P型热电偶层和所述N型热电偶层的参考端上分别引出正电极和负电极。优选的，所述薄膜热电堆探测组单元为双面单层膜结构，其具体包括：一个绝缘基底，所述绝缘基底的一面上镀制有P型热电偶层；在所述绝缘基底上的、与镀制有所述P型热电偶层的一面相对的另一面上镀制有N型热电偶层；所述P型热电偶层和N型热电偶层的一端在所述绝缘基底裸露的一侧面沉积并连接，形成工作端；与所述工作端相对的另一端为参考端；并从所述P型热电偶层和所述N型热电偶层的参考端上分别引出正电极和负电极；相邻两个双面单层膜结构的所述薄膜热电堆探测组单元之间还设有绝缘层。优选的，所述薄膜热电堆探测组单元为单面多层膜结构，其具体包括：一个绝缘基底；在所述绝缘基底的一面上依次并反复镀制P型热电偶层、绝缘材料薄膜层和N型热电偶层；其中，一组P型热电偶层、绝缘材料薄膜层和N型热电偶层形成了一个三层膜，所述三层膜的P型热电偶层和N型热电偶层的一端在绝缘材料薄膜层一端连接，形成三层膜的PN结，所述PN结所在的一端为工作端，与所述工作端相对的另一端则为参考端；并从第一个三层膜PN结的P型热电偶层的参考端上引出正电极，以及在最后一个三层膜的PN结的N型热电偶薄膜层上引出负电极。优选的，所述单面多层膜结构的薄膜热电堆探测组单元至少由两个所述三层膜的PN结组成；相邻两个所述三层膜的PN结之间设有一层相隔绝缘材料薄膜层，且相邻的两个所述三层膜PN结在所述相隔绝缘材料薄膜层的一端连接，形成所述三层膜的PN结的串联。优选的，所述薄膜热电堆探测组单元为双面多层膜结构，其具体包括：一个绝缘基底；在所述绝缘基底的一面上依次并反复镀制P型热电偶层、绝缘材料薄膜层和N型热电偶层；在所述绝缘基底上的、与所述依次并反复镀制P型热电偶层、绝缘材料薄膜层和N型热电偶层的一面相对的另一面上依次并反复镀制N型热电偶层、绝缘材料薄膜层和P型热电偶层；其中，一组P型热电偶层、绝缘材料薄膜层和N型热电偶层形成了一个三层膜，所述三层膜的P型热电偶薄膜层和N型热电偶层在绝缘材料薄膜层一端连接，形成三层膜的PN结，所述PN结所在的一端为工作端，与所述工作端相对的另一端则为参考端；所述绝缘基底一面的第一个三层膜的PN结的P型热电偶层和另一面的第一个三层膜的PN结的N型热电偶层在所述绝缘基底裸露的一侧面沉积并连接；并从所述绝缘基底一面上的最后一个三层膜PN结的N型热电偶层的参考端上引出负电极，以及从所述绝缘基底另一面上的最后一个三层膜的PN结的P型热电偶层上引出正电极。优选的，相邻两个所述三层膜的PN结之间设有一层相隔绝缘材料薄膜层，且相邻的两个所述三层膜PN结从所述相隔绝缘材料薄膜层的一端连接，形成所述三层膜的PN结的串联；相邻所述双面多层膜结构的薄膜热电堆探测组单元之间还设有绝缘层。优选的，所述吸收材料层为面吸收材料或体吸收材料，其包括但不限于是金黑、镍磷合金、黑陶瓷涂层、黑色涂料、石墨、Nd玻璃、氧化金属、SiC涂层以及发黑氧化铝吸收材料层中的一种或几种；所述吸收材料层厚度为1nm-3mm；所述连接部为薄导电箔片或采用溅射沉积的导电薄膜层。优选的，所述P型热电偶层包括但不限于是P型的Te基热电薄膜层、Zn基热电薄膜层、NiCr热电薄膜层、NiCrSi热电薄膜层中的一种或几种；且所述P型热电偶层的厚度为1nm至10μm；绝缘基底包括但不限于是聚酰亚胺基底、石英薄膜、不锈钢基底、Al基底、Cu基底中的一种或几种；且绝缘基底的厚度为0.01mm-10mm；N型热电偶层包括但不限于是N型的Te基热电薄膜层、Zn基热电薄膜层、NiCu热电薄膜层、NiSi热电薄膜层中的一种或几种；且所述N型热电偶层的厚度为1nm-10.0μm。另一方面，还提供一种热电式激光功率探头的制作方法，包括如下步骤：S1、薄膜热电堆探测组单元制备：选用绝缘基底，采用薄膜沉积方法在绝缘基底上完成多个电偶层的镀制，进一步完成薄膜热电堆探测组单元的制作；S2、薄膜热电堆探测组制备：采用串联电连接方式，通过在两两薄膜热电堆探测组单元之间添加连接端来组成薄膜热电堆探测组，在薄膜热电堆探测组的电极上引出两条激光功率探头的输出导线；S3、吸收层添加：在所述的薄膜热电堆探测组的工作端面上涂覆一层高导热硅脂层，在所述的高导热硅脂层上添加一层导热过渡层，再在所述的导热过渡层上添加一层吸收材料层；S4、主体结构形成：在所述薄膜热电堆探本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热电式激光功率探头，其特征在于，包括吸收材料层，所述吸收材料层添加在导热过渡层的一面上，所述导热过渡层的另一面通过高导热硅脂连接薄膜热电堆探测组，所述薄膜热电堆探测组由多个薄膜热电堆探测组单元通过连接部串联电连接形成；所述薄膜热电堆探测组与所述高导热硅脂接触的一面为工作端面，与所述工作端面相对的另一面为参考端面，所述参考端面设有温度传感器，用于检测所述参考端面的温度变化。

【技术特征摘要】
1.一种热电式激光功率探头，其特征在于，包括吸收材料层，所述吸收材料层添加在导热过渡层的一面上，所述导热过渡层的另一面通过高导热硅脂连接薄膜热电堆探测组，所述薄膜热电堆探测组由多个薄膜热电堆探测组单元通过连接部串联电连接形成；所述薄膜热电堆探测组与所述高导热硅脂接触的一面为工作端面，与所述工作端面相对的另一面为参考端面，所述参考端面设有温度传感器，用于检测所述参考端面的温度变化。2.根据权利要求1所述的热电式激光功率探头，其特征在于，所述薄膜热电堆探测组单元为单面单层膜结构，其具体包括：第一绝缘基底，所述第一绝缘基底的一面上镀制有P型热电偶层；第二绝缘基底，所述第二绝缘基底的一面上镀制有N型热电偶层，所述P型热电偶层、第一绝缘基底、N型热电偶层以及第二绝缘基底依次叠加为一体；所述P型热电偶层和N型热电偶层的一端通过连接端进行电连接，形成工作端；与所述工作端相对的另一端为参考端；并从所述P型热电偶层和所述N型热电偶层的参考端上分别引出正电极和负电极。3.根据权利要求1所述的热电式激光功率探头，其特征在于，所述薄膜热电堆探测组单元为双面单层膜结构，其具体包括：一个绝缘基底，所述绝缘基底的一面上镀制有P型热电偶层；在所述绝缘基底上的、与镀制有所述P型热电偶层的一面相对的另一面上镀制有N型热电偶层；所述P型热电偶层和N型热电偶层的一端在所述绝缘基底裸露的一侧面沉积并连接，形成工作端；与所述工作端相对的另一端为参考端；并从所述P型热电偶层和所述N型热电偶层的参考端上分别引出正电极和负电极；相邻两个双面单层膜结构的所述薄膜热电堆探测组单元之间还设有绝缘层。4.根据权利要求1所述的热电式激光功率探头，其特征在于，所述薄膜热电堆探测组单元为单面多层膜结构，其具体包括：一个绝缘基底；在所述绝缘基底的其中一面上依次并反复镀制P型热电偶层、绝缘材料薄膜层和N型热电偶层；其中，一组P型热电偶层、绝缘材料薄膜层和N型热电偶层形成了一个三层膜，所述三层膜的P型热电偶层和N型热电偶层的一端在绝缘材料薄膜层一端连接，形成三层膜的PN结，所述PN结所在的一端为工作端，与所述工作端相对的另一端则为参考端；并从第一个三层膜PN结的P型热电偶层的参考端上引出正电极，以及在最后一个三层膜的PN结的N型热电偶薄膜层上引出负电极。5.如权利要求4所述的热电式激光功率探头，其特征在于，所述单面多层膜结构的薄膜热电堆探测组单元至少由两个所述三层膜的PN结组成；相邻两个所述三层膜的PN结之间设有一层相隔绝缘材料薄膜层，且相邻的两个所述三层膜PN结从所述相隔绝缘材料薄膜层的一端连接，形成所述三层膜的PN结的串联。6.根据权利要求1所述的热电式激光功率探头，其特征在于，所述薄膜热电堆探测组单元为双面多层膜结构，其具体包括：一个绝缘基底；在所述绝缘基底的一面上依次并反复镀制P型热电偶层、绝缘材料薄膜层和N型热电偶层；在所述绝缘基底上的、与所述依次并反复镀制P型热电偶层、绝缘材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：范平，蔡兆坤，陈天宝，郑壮豪，陈超铭，梁广兴，
申请(专利权)人：深圳市彩煌实业发展有限公司，范平，
类型：发明
国别省市：广东,44