一种脉冲激光能量探测器及其在线校准方法技术

本发明专利技术属于光学计量测试技术领域，公开了一种脉冲激光能量探测器，包括：壳体和设置在壳体内部的探测电路、热敏探测单元和电加热单元，所述的热敏探测单元为薄片结构，热敏探测单元的迎光面设置有吸收单元，吸收单元接收垂直入射的入射激光，所述的电加热单元紧贴热敏探测单元的背光面的中部设置，所述的热敏探测单元和电加热单元分别通过引线与探测电路连接；热敏探测单元背光面的外圈还设置有热沉单元，热沉单元为铝制环状结构，布设在电加热单元的外围。本发明专利技术能够对能量探测器的长期工作稳定性进行在线监测，克服了大型激光器系统中探测器无法拆下校准的工程检测难题，确保了参数测量的可靠性和稳定性。数测量的可靠性和稳定性。数测量的可靠性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种脉冲激光能量探测器及其在线校准方法


[0001]本专利技术属于光学计量测试
，涉及一种脉冲激光能量探测器及其在线校准方法。

技术介绍

[0002]脉冲激光能量探测器是以热电或热释电探测器为核心器件制成，通过测量探测器吸收激光能量后产生的电量来获取激光能量值。在大型高功率脉冲激光系统研制中，需要对多个环节部位的激光脉冲能量参数进行测量。现有的系列能量探测器长期处于工作状态，会因为老化或被激光损坏导致性能下降或失效，故需要经常进行校准检测。现有的校准方法是将能量探测器从高功率激光系统中拆卸后，采用标准脉冲光源进行标校，实施中步骤复杂，费时费力，而且每次的安装位置变化也会引起激光能量探测的准确性。

技术实现思路

[0003](一)专利技术目的
[0004]本专利技术的目的是：提供一种脉冲激光能量探测器及其在线校准方法，在大型激光系统中对能量探测器进行在线校准，简化操作流程，确保测量精度。
[0005](二)技术方案
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种脉冲激光能量探测器，包括壳体5和设置在壳体5内部的探测电路7、热敏探测单元3和电加热单元8，所述的热敏探测单元3为薄片结构，热敏探测单元3的迎光面设置有吸收单元2，吸收单元2接收垂直入射的入射激光1，所述的电加热单元8紧贴热敏探测单元3的背光面的中部设置，所述的热敏探测单元3和电加热单元8分别通过引线6与探测电路7连接。此外，热敏探测单元3背光面的外圈还设置有热沉单元4，热沉单元4为铝制环状结构，布设在电加热单元8的外围。
[0007]探测电路7包括核心控制模块11、高压充电模块12、充电电容C、加热电阻R1、标准电阻R、电压表V1、电压表V2、电压表V3、开关K1、开关K2；其中电加热单元8的加热电阻为R1；加热电阻R1和标准电阻R串接后与电压表V1、高压充电模块12共同并联在充电电容C两端，电压表V2和电压表V3分别并联在加热电阻R1和标准电阻R的两端，开关K1串接在高压充电模块12和电压表V1之间，开关K2串接在标准电阻R和充电电容C之间。电压表V1、电压表V2、电压表V3与核心控制模块11电连接。
[0008]开关K1在核心控制模块11的控制下实现高压充电模块12对充电电容C的充电，一旦电压表V1达到设置值，则停止充电；开关K2在核心控制模块11的控制下实现充电电容C对加热电阻R1和标准电阻R的放电，放电时间为t，放电的同时核心控制模块1采集电压表V2、电压表V3的参数并进行电量Qd的计算，并与采集的热敏探测单元3的输出信号相比后，判断得到探测器的性能是否下降。
[0009]基于上述脉冲激光能量探测器的结构设置，该能量探测器的在线校准步骤如下：
[0010]【1】光校准
[0011]采用标准的脉冲光源作为入射激光1入射至能量探测器，核心控制模块11采集得到输出信号U0；
[0012]【2】电容充电
[0013]核心控制模块11控制开关K1闭合，由高压充电模块12对充电电容C的充电，一旦电压表V1达到设置值U1，则开关K1打开，停止充电；
[0014]【3】电容放电
[0015]核心控制模块11控制开关K2闭合，充电电容C对加热电阻R1和标准电阻R放电，放电时长为t，并实时采集电压表V2、电压表V3的参数U2、U3；
[0016]【4】电量Qd计算
[0017]根据电量计算公式，可得电量Qd＝V2*(V3/R)*t；
[0018]对采集的数据进行t时长内的积分，即可得到电量值，其中V3/R为通过加热电阻R1的电流；
[0019]【5】电校准系数的计算
[0020]k＝Qd/U0
[0021]【6】将探测器安装至工作位置后，每隔设定的时间，重复步骤【2】至【5】，比较k值的一致性；如果k值异常，则断定为探测器的性能下降。通常k值变化超过2％，则认为探测器的性能下降，超过5％，则认为出现异常，需要检查能量探测器的状态，确认是否被损坏。
[0022](三)有益效果
[0023]上述技术方案所提供的脉冲激光能量探测器及其在线校准方法，通过在热敏探测单元的背面设置电加热单元，一方面不会遮挡入射的激光束影响测量的准确性，另一方面根据热敏探测单元的输出特性，采用背光面设置的电加热单元模拟激光脉冲输入，实现了热敏探测单元负信号输出，并比较电加热的电量和探测器输出信号之间的关系，对能量探测器的长期工作稳定性进行在线监测，克服了大型激光器系统中探测器无法拆下校准的工程检测难题，确保了参数测量的可靠性和稳定性。
附图说明
[0024]图1为本专利技术脉冲激光能量探测器的结构示意图；
[0025]图2为本专利技术热敏探测单元在激光照射及电加热输出信号示意图；
[0026]图3为本专利技术探测电路的组成原理图；
[0027]图中：1
‑
入射激光；2
‑
吸收单元；3
‑
热敏探测单元；4
‑
热沉单元；5
‑
壳体；6
‑
引线；7
‑
探测电路；8
‑
电加热单元；11
‑
核心控制模块；12
‑
高压充电模块。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。
[0029]如图1所示，本专利技术脉冲激光能量探测器包括壳体5和设置在壳体5内部的探测电路7、热敏探测单元3和电加热单元8，所述的热敏探测单元3为薄片结构，热敏探测单元3的迎光面设置有吸收单元2，吸收单元2接收垂直入射的入射激光1，所述的电加热单元8紧贴热敏探测单元3的背光面的中部设置，所述的热敏探测单元3和电加热单元8分别通过引线6
与探测电路7连接。此外，热敏探测单元3背光面的外圈还设置有热沉单元4，热沉单元4为铝制环状结构，布设在电加热单元8的外围。
[0030]必要时，可在热沉单元4的背部安装风扇进行散热。热沉单元4中间空余的部位布设电加热单元8，电加热单元8为陶瓷加热片。
[0031]吸收单元2为喷涂在热敏探测单元3迎光面的宽光谱吸收薄膜，例如石墨或碳化硅层，光谱吸收范围包括0.1
‑
20微米。或者，吸收单元2也可以采用型号为ZAB00的体吸收玻璃。
[0032]热敏探测单元3为热电探测器或热释电探测器，激光辐照到吸收单元2转换为热量，使得热敏探测单元3线性输出电荷，通过测量电荷的电量，可以反推得到入射激光的能量。
[0033]如图2所示，对于热电探测器或热释电探测器而言，激光入射产生的电量为Qg，而电加热单元8由于布设在热敏探测单元3的背面，则输出电量为Qd，且二者的电压信号Vo1和Vo2极性相反。当器件制备完毕后，相同能量产生的Qg和Qd之间会保持一个恒定的系数。
[0034]如图3所示，探测电路7包括核心控制模块11、高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脉冲激光能量探测器，其特征在于，包括：壳体(5)和设置在壳体(5)内部的探测电路(7)、热敏探测单元(3)和电加热单元(8)，所述的热敏探测单元(3)为薄片结构，热敏探测单元(3)的迎光面设置有吸收单元(2)，吸收单元(2)接收垂直入射的入射激光(1)，所述的电加热单元(8)紧贴热敏探测单元(3)的背光面的中部设置，所述的热敏探测单元(3)和电加热单元(8)分别通过引线(6)与探测电路(7)连接；热敏探测单元(3)背光面的外圈还设置有热沉单元(4)，热沉单元(4)为铝制环状结构，布设在电加热单元(8)的外围。2.如权利要求1所述的脉冲激光能量探测器，其特征在于，所述热沉单元(4)的背部安装风扇，以进行散热。3.如权利要求1所述的脉冲激光能量探测器，其特征在于，所述电加热单元(8为陶瓷加热片。4.如权利要求1所述的脉冲激光能量探测器，其特征在于，所述吸收单元(2)为喷涂在热敏探测单元(3)迎光面的宽光谱吸收薄膜，光谱吸收范围0.1
‑
20微米。5.如权利要求4所述的脉冲激光能量探测器，其特征在于，所述宽光谱吸收薄膜为石墨或碳化硅层。6.如权利要求1所述的脉冲激光能量探测器，其特征在于，所述吸收单元(2)采用型号为ZAB00的体吸收玻璃。7.如权利要求1所述的脉冲激光能量探测器，其特征在于，所述热敏探测单元(3)为热电探测器或热释电探测器，入射激光(1)辐照到吸收单元(2)转换为热量，使得热敏探测单元(3)线性输出电荷，通过测量电荷的电量，反推得到入射激光(1)的能量。8.如权利要求1所述的脉冲激光能量探测器，其特征在于，所述探测电路(7)包括核心控制模块(11)、高压充电模块(12)、充电电容C、加热电阻R1、标准电阻R、电压表V1、电压表V2、电压表V3、开关K1、开关K2；电加热单元8的加热电阻为R1；加热电阻R1和标准电阻R串接后与电压表V1、高压充电模块(12)共同并联在充电电容C...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋一兵，段园园，吉晓，于东钰，阴万宏，张彪，邹勇，张金玉，
申请(专利权)人：西安应用光学研究所，
类型：发明
国别省市：