電容式雷射功率能量計的製作方法

2023-06-13 01:20:11

專利名稱：電容式雷射功率能量計的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於雷射參數測量的儀器領域。
雷射功率能量計是測量雷射參數的基本測量工具，目前市售的雷射功率計大多為量熱式的，該結構中採用幾十對微型熱電偶，因此製做工藝麻煩，如中國專利85100696號即為這種結構。另外類型的雷射功率能量計採用熱釋電材料製做的，這種結構是利用溫度變化所引起熱釋電材料所產生的極化電流產生電壓信號，所以只能用來測量脈衝能量，或者要測量連續雷射功率就需要在探頭前面放置一個斬波器，將連續信號變成脈衝信號進行測量，給測量工作帶來不便，限制它的一定應用。參考中國專利85100696。
本實用新型的目的在於克服上述雷射功率計的不足之處，提供一種無需測量時進行斬波處理就可以直接測量連續雷射功率、脈衝雷射功率的能量計。
本實用新型所提供的雷射功率能量計，其特徵之一是利用一種熱釋電材料的介電常數隨溫度而變化的特性做成敏感元件，如用TGS、壓電陶瓷(PZT)材料，鈤酸鋰、鈮酸鋰、聚偏二氟乙烯等。這類材料的介電常數隨溫度變化明顯，用它作介質做成電容器式探頭，它的電容量隨介質溫度變化，那麼只需測出電容量的變化通過標定就可以測出作用於探頭的雷射能量，再者因為探頭最高升溫與雷射功率成正比，從而又可測出連續雷射功率。其特徵之二是熱釋電材料必須粘貼在導熱性好的熱沉塊上。
以下結合附圖對平面型結構單腔式雷射功率能量計進行詳細說明

圖1所示是平面結構單腔型雷射功率能量計，它由腔體①、絕緣套②、銅熱沉塊③、已極化的蒸鍍電極熱積電基片④、吸收體⑤、壓環⑥、螺母壓環⑦、腔蓋⑧，共8個部分組成。其熱釋電基片④「＋」極面貼在熱沉塊③上形成整體同軸型結構，有很好的抗幹擾能力。然後用焊接或用導電膠粘接方式引出2條信號線，二條信號線可分別從兩個銀電極上引出或者一條從敏感元件的上銀電極引出，另一條從熱沉上引出。各部件按圖1所示裝配關係放入腔體①中再擰緊腔蓋⑧，就做成了完整的探頭。
圖2所示是一種新型平面形結構的雙腔型雷射能量計，它是由蓋頭⑨、腔蓋⑩、腔體(11)、吸收體A(12)、熱釋電基片(13)、吸收體B(14)、絕緣壓環(15)、螺母壓環(16)組成。吸收體B(14)是薄層吸收材料，具有高的靈敏度，這面用來測量小能量雷射脈衝或小功率連續雷射功率吸收體A⑤是厚型熱釋電基片具有散射或反射的吸收體，能承受大能量或高功率雷射的能力，用來測量大能量脈衝雷射或高功率連續雷射輻射。
首先將腔蓋⑨擰在腔體(11)的一端，再按圖2所示放入各部分組件，最後擰緊另一端腔蓋⑨於腔體(11)上。電極引線用焊接或導電膠粘接方法分別從熱釋電基片(13)和吸收件A⑤或吸收體B(14)兩側引出信號線。
上述介紹的兩種平板式的結構所採用的隨溫度而介電常數變化的熱釋電基片厚度從0.01mm－10mm，面積可從0.5mm2－3×106mm2，熱沉塊③可以用銅、Ⅱa型鋼片製做。
圖3所述是錐形腔結構，它由同軸插座(17)、腔體(18)、絕緣墊環(19)、熱沉塊(20)、熱釋電材料做成的錐腔(21)、吸收體(22)、壓環(23)、螺母壓環(24)、腔蓋(25)、墊圈(26)組成。首先二個電極引線用焊接或導電膠粘接的方法從熱釋電腔體二側引出焊在同軸插座上，然後按圖3將各部分放入腔體(18)中，最後擰緊腔蓋(25)。
本實用新型的電容式雷射功率能量計達到典型指標為光譜響應範圍0.25－25μm靈敏度5mv／mJ響應時間20μs承受功率密度300MW／cm2錐形腔結構的功率能量計所採用的熱釋電材料做成的錐腔口腔從φ1mm－φ100mm，頂角可從5°－180°，壁厚0.01mm－5mm。本實用新型所採用的吸收體可以是石墨、碳粉、金屬氧化物或黑色塗料、鋁、不鏽鋼、鋼等各種金屬，吸收層的厚度可從0.001μm－10mm，吸收係數可從1％－99.9％，吸收層表面可以是光滑表面也可以刻出條紋，如用於測量高功率連續雷射或大能量脈衝雷射就用此料，用光柵或條紋將大部分光散射掉，只取其中小部分做有用的信號加以利用。
實施例1.
製做圖1所示平面單腔型雷射能量計，用鋼做成長25mm、φ50mm的腔體①以及 螺母壓環⑦和腔蓋⑧並煮黑，用紫銅做熱沉塊③和φ20mm的壓環⑥，用有機玻璃做絕緣套②，選用φ10mm厚0.5mm的鉭酸鋰片做吸收體⑤，用φ20mm厚100μm的石墨片做吸收體⑤並用銀導電膠把吸收體⑤粘貼在鉭酸鋰基片⑤的「－」極面上，用同軸電纜線引出信號線。
實施例2.
製做圖2新型平面結構的雙腔雷射能量計，用鋼材製做φ44mm的蓋頭⑨、腔蓋⑩、長25mm×φ60mm的腔體(11)、φ40mm的螺母壓環(16)並煮黑，用1mm厚的有機玻璃板×φ40mm的絕緣壓環(15)製成。選用1mm厚、φ40mm的PZT－5片在PZT－5片的「－」極面塗碳粉做成吸收體B(14)，用φ40mm×厚0.2mm的石墨片做為吸收體A(12)，並把吸收體A(12)用銀導電膠粘貼在PZT－5片的「＋」一面，用同軸電纜引出信號。
實施例3.
按實施例2製做，在吸收體A(12)和PZT－5片的中間加進厚1mm×φ40mm的印刷電路板和另一厚1mm×φ40mm的PZT－5片並用此印刷電路板把二片PZT－5片隔開，用兩根同軸電纜線分別把二個腔的信號引出做成獨立雙腔雷射功率能量計。
實施例4.
製做圖3所示錐形腔結構的雷射功率能量計，用鋼材製成腔體(18)，錐腔口徑φ50mm，用黃銅做成熱沉塊(20)，φ40mm壓環(23)，螺母壓環(24)與壓環(23)一樣大，腔蓋(25)和腔體(18)採用煮黑絕緣墊環，(19)為有機玻璃製做絕緣壓環，墊圈(26)為φ40mm有機玻璃，選用頂角為45°×厚1mm聚偏二氟乙烯薄膜做成錐腔(21)，選用頂角45°×厚0.2mm的石墨錐腔做吸收體(22)，用碳導電膠把熱沉塊(20)、錐腔(21)和吸收體(22)粘在一起，用同軸纜線引出信號。
本實用新型所提供的用介電常數隨溫度改變的熱釋電材料做敏感件的雷射功率能量計可以代替熱電偶功率能量計的功能，結構簡單，製做方便，使用範圍寬，有廣泛的使用價值，易於生產。
權利要求1.一種由敏感元件④、吸收體⑤、腔體①、壓環⑥、絕緣套②、螺母壓環⑦、腔蓋⑧組成的電容式單、雙平板型、錐腔型雷射功率能量計，其特徵在於採用具有溫度變化而介電常數變化特性的熱釋電材料做敏感元件④，而敏感元件④的「-」極粘貼在導熱性好的熱沉塊③上，熱沉塊③固定在絕緣套②上，吸收體⑤覆蓋在敏感元件④上並放上壓環⑥用螺母壓環⑦固定，其二條引線分別從敏感元件④的兩個銀電極引出，或者一條從敏感元件④的銀電極引出而另一條從熱沉塊③上引出。
2.按權利要求1所述的電容式雷射功率能量計，其特徵在於所述的敏感元件④基片厚度從0.01mm－10mm，面積可從0.5mm2－3×106mm2；錐腔的腔口從φ1mm－φ100mm，頂角可從5°－180°，壁厚0.01mm－5mm。
3.按權利要求1所述的電容式雷射功率能量計，其特徵在於所述的熱沉塊③可以是用銅，可以是Ⅱa型金剛石做成。
4.按權利要求1所述的電容式雷射功率能量計，其特徵在於所述的吸收體可以是石墨、碳粉、金屬氧化物、黑色塗料、鋁、不鏽鋼，吸收層厚度可從0.001mm－10mm，吸收係數可從1％－99.9％，表面可以是光滑的也可以刻有光柵條紋。
專利摘要本實用新型屬於雷射參數測量的儀器領域。本實用新型提供了一種無需在測量時進行斬波處理就可直接測量連續雷射功率、脈衝雷射平均功率或脈衝能量計。其主要由敏感元件④、吸收體⑤、腔體①、壓環⑥、絕緣套②、螺母壓環⑦、腔蓋⑧組成。其製做工藝簡單，易於大規模生產，並且儀器性能可達光譜響應範圍0.25μm～25μm，最高靈敏度5mV/mJ，最快響應時間20μs。
文檔編號G01J11/00GK2064051SQ90205920
公開日1990年10月17日 申請日期1990年5月10日 優先權日1990年5月10日
發明者周嶽亮, 呂惠賓, 崔大復, 陳正豪, 陸斌, 謝苑林 申請人:中國科學院物理研究所