專利名稱：新型結(jié)構(gòu)激光輻射探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于激光參數(shù)測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域。
目前人們使用的激光輻射探測(cè)器大多是熱敏探測(cè)器，主要有量熱式溫差電偶型探測(cè)器和熱釋電型探測(cè)器，如中國(guó)專利申請(qǐng)85100696號(hào)和中國(guó)專利申請(qǐng)89220541.5號(hào)。在結(jié)構(gòu)上它們的核心部分都是由熱敏傳感元件和吸收體兩部分組成，缺一不可。使用熱釋電材料做為熱敏傳感元件的中國(guó)專利申請(qǐng)89220541.5號(hào)，由于在結(jié)構(gòu)上采用被檢測(cè)光從與熱釋電材料極化方向平行的方向入射，被檢測(cè)光的能量必須通過(guò)吸收體和電極才能傳導(dǎo)給熱敏傳感元件，熱敏傳感元件不可能直接吸收被檢測(cè)光，不僅使它的靈敏度和響應(yīng)時(shí)間受到限制，而且由于吸收體的特性，使其測(cè)量范圍不夠大。
本實(shí)用新型的目的在于克服上述的缺點(diǎn)和不足，提供一種新結(jié)構(gòu)的系列化的高靈敏度、快響應(yīng)、寬量程的新型激光輻射探測(cè)器。
本實(shí)用新型提供的新型結(jié)構(gòu)激光輻射探測(cè)器，在結(jié)構(gòu)上去掉了通常探測(cè)器中的吸收體部分，其核心僅由熱敏傳感元件組成，也就是熱敏傳感元件本身也是吸收體。熱敏傳感元件使用鈮酸鋰、鉭酸鋰、鈦酸鉛、參考文獻(xiàn)1.中國(guó)專利申請(qǐng)89220541.5號(hào)。
2.美國(guó)Laser Precision Corporation產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)。鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛系列等具有熱釋電特性的鐵電、壓電材料，采用被檢測(cè)光從與熱釋電材料極化方向正交的垂直方向入射，使做為熱敏傳感元件的熱釋電材料直接吸收被檢測(cè)光，這樣就能獲得所使用熱釋電材料的最高靈敏度和最快響應(yīng)時(shí)間。另外，上述各種熱釋電材料質(zhì)地堅(jiān)硬，抗輻射能力強(qiáng)，能承受大的激光功率密度，因而可獲得目前所有探測(cè)器難以達(dá)到的檢測(cè)大范圍激光能量的寬量程。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的系列結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型在結(jié)構(gòu)上包括使用單片(塊)或疊層的熱釋電材料做熱敏傳感元件，做成平面型、錐腔型、鋸齒形、劈型探測(cè)器。


圖1所示為單片平面型結(jié)構(gòu)激光輻射探測(cè)器圖，它由前蓋(1)、螺絲壓環(huán)(2)、墊圈(3)，一片或疊層的熱敏傳感元件(4)(圖2所示為兩片或多片熱釋電材料按極向進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)組合圖)，金屬腔體(5)五部分組成。其中熱敏傳感元件的厚度可從0.01mm－10mm，面積可從0.5mm2－10000mm2，電極分別做在其極化面上。采用多片疊層式平面結(jié)構(gòu)，不僅能做成大口徑的激光探測(cè)器，而且由于各片熱釋電材料的串聯(lián)組合，使得熱釋電信號(hào)疊加，靈敏度更高，總的電容量減小，而使響應(yīng)更快。
圖3所示為錐腔型結(jié)構(gòu)的激光輻射探測(cè)器圖，它主要由前蓋(6)、螺絲壓環(huán)(7)、墊圈(8)、熱敏傳感元件(9)、腔體(10)五部分組成。其中熱敏傳感元件(9)可以是方形或圓形的塊，也可以是多塊的疊層(如圖4所示把兩塊或多塊熱釋電材料按極向進(jìn)行串聯(lián)疊加組合圖)。錐腔的腔口可從φ1mm－φ100mm，頂角可從5°－180°，電極分別附在上下兩個(gè)臺(tái)面上，如用方形熱釋電材料電極也可在側(cè)面。
圖5所示為劈形結(jié)構(gòu)的激光輻射探測(cè)器，它主要由前蓋(11)、螺絲壓環(huán)(12)、墊圈(13)、劈形熱敏傳感元件(14)、腔體(15)五部分組成。其中劈形熱敏傳感元件(14)可以是由一塊或兩片熱釋電材料組成。劈形腔口可從0.5mm2－10000mm2，頂角從5°－180°。
圖6所示為鋸齒形結(jié)構(gòu)的激光輻射探測(cè)器，它主要由前蓋(16)、螺絲壓環(huán)(17)、墊圈(18)、鋸齒形熱敏傳感元件(19)、腔體(20)五部分組成。其中鋸齒形熱敏傳感元件(19)可以由單塊或多塊梯形的熱釋電材料組成。鋸齒形腔口可以從0.5mm2－10000mm2，每個(gè)鋸齒形頂角可從1°－180°。
根據(jù)功率W＝能量E／時(shí)間T，利用上述各種探測(cè)器的結(jié)構(gòu)，可制成中國(guó)專利申請(qǐng)89220541.5號(hào)中所述的斬波式或取樣斬波式結(jié)構(gòu)的功率計(jì)。
本實(shí)用新型所使用的幾種熱釋電材料中，若其中某種材料光譜吸收范圍窄，也可在其表面(光入射面)附著上一層吸收體，以達(dá)到增大其光譜吸收范圍。
為了測(cè)量高重復(fù)頻率的激光脈沖，可以按需要在熱敏元件的電極或信號(hào)引線的兩端并聯(lián)電阻實(shí)現(xiàn)。如果重復(fù)頻率脈沖激光的平均功率較大，就在做為熱沉的腔體上加水冷。
實(shí)施例1制做圖1所示的單片平面型激光輻射探測(cè)器，用合金鋁做成外徑為φ60mm長(zhǎng)40mm的腔體(5)、外徑φ50mm的有機(jī)玻璃做墊圈(3)、合金鋁螺絲壓環(huán)(2)和外徑φ65mm的前蓋(1)并煮黑，用面積為30×30mm2厚2mm的鈦酸鋇做熱敏傳感元件(4)，用導(dǎo)熱絕緣膠把熱敏傳感元件(4)粘在腔體(5)內(nèi)，用同軸電纜線引出信號(hào)。
實(shí)施例2按實(shí)施例1制做，只是熱敏傳感元件(4)不同，熱敏傳感元件采用3片厚2mm面積10×30mm2的鈮酸鍶鋇按圖2用導(dǎo)電膠串聯(lián)組合，制成疊層式平面型激光輻射探測(cè)器。
實(shí)施例3按圖3所示做單塊錐腔型激光探測(cè)器，用鋼材做成外徑φ50×長(zhǎng)60mm的腔體(10)，尼龍做φ40mm的墊圈(8)，鐵螺絲壓環(huán)(7)和外徑φ55的前蓋(6)并煮黑。在φ30×長(zhǎng)40mm的圓柱形PLZT－5材料上做一個(gè)口徑φ20mm，頂角為35°的一個(gè)空錐腔做錐腔型熱敏傳感元件(9)，用導(dǎo)熱絕緣膠把錐腔(9)固定在腔體(10)內(nèi)，并在熱敏傳感元件(9)的銀電極用同軸電纜線引出信號(hào)，同軸電纜線外皮接地。
實(shí)施例4
按實(shí)施例3制做，把厚為5mm×φ30的8片鈮酸鋰按圖4用導(dǎo)電膠串聯(lián)組合，然后在其上做一個(gè)口徑φ20mm×頂角為40°的空錐腔做熱敏傳感元件(9)。
實(shí)施例5按圖5制做劈形激光輻射探測(cè)器。用合金鋁制成外徑φ60mm×長(zhǎng)60mm的腔體(15)，φ50mm的塑料墊圈(13)，鐵螺絲壓環(huán)(12)和外徑為65mm的前蓋(11)并煮黑。用2片寬25mm×長(zhǎng)40mm×厚1.5mm的鈦酸鉛做成頂角為30°的劈形熱敏傳感元件(14)，用環(huán)氧樹(shù)脂將其固定在腔體(15)內(nèi)，把兩片鈦酸鉛的電極并聯(lián)，兩端電極用同軸電纜線引出信號(hào)，電纜線外皮接地。
實(shí)施例6制做圖6所示的鋸齒形激光輻射探測(cè)器。用合金鋁材料制成外徑φ40mm×長(zhǎng)30mm的腔體(20)，φ30mm的鐵墊圈(18)和螺絲壓環(huán)(17)，外徑為45mm的前蓋(16)并煮黑。在一塊25mm的方形鋯鈦酸鉛材料上做齒口2mm、頂角為8°的10個(gè)鋸齒形的熱敏傳感元件(19)，用絕緣導(dǎo)熱膠將其固定在腔體(20)上，并保證入射光的方向垂直于熱釋電材料的極化方向，從它的電極上用同軸電纜線引出信號(hào)，同軸電纜線外皮接地。
實(shí)施例7按實(shí)施例6制做，熱敏傳感元件(19)不同，把2mm厚的摻鑭鋯鈦酸鉛做成上底2mm、下底10mm的直角梯形，然后把13個(gè)梯形疊成圖6所示的鋸齒形做為熱敏傳感元件(19)。
實(shí)施例8按實(shí)施例6制做，在熱敏傳感元件的兩電極間并聯(lián)一個(gè)1／4WIKΩ的電阻，制成響應(yīng)快脈沖的激光輻射探測(cè)器。
實(shí)施例9按實(shí)施例1制做，腔體(15)不同，在做為熱沉的腔體(5)上加銅的水冷套，制成測(cè)量高平均功率脈沖激光的激光輻射探測(cè)器。
本實(shí)用新型的激光輻射探測(cè)器達(dá)到的典型指標(biāo)如下光譜響應(yīng)范圍0.25－25μm靈敏度300mV／mj響應(yīng)時(shí)間＜100ns承受功率密度＞300MW／cm2分辨率10－10J。
本實(shí)用新型提供的新型激光輻射探測(cè)器，由于采用被檢測(cè)光從與熱釋電材料極化方向正交的垂直方向入射，做為熱敏傳感元件的熱釋電材料直接吸收被檢測(cè)光，因而獲得該材料的最高靈敏度與響應(yīng)時(shí)間，制成的探測(cè)器具有高靈敏度、快響應(yīng)和寬量程的特點(diǎn)。同時(shí)由于省去了通常探測(cè)器中的吸收體部分，使得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造工藝簡(jiǎn)化，易于推廣，具有實(shí)用價(jià)值。
權(quán)利要求1.一種由熱敏元件、腔體組成的新型結(jié)構(gòu)激光輻射探測(cè)器，其特征在于用具有熱釋電特性的鐵電、壓電材料做熱敏傳感元件(4)，熱敏傳感元件(4)用單片或單塊或疊層并聯(lián)或串聯(lián)做成平面形、錐腔型、鋸齒形、劈形，將其用粘結(jié)膠或機(jī)械方式固定在腔體(5)內(nèi)，固定熱敏傳感元件(4)的位置要保證入射光的方向垂直于熱釋電材料的極化方向，從它的電極上用同軸電纜線引出信號(hào)，同軸電纜線外皮接地。
2.按權(quán)利要求1所述的激光輻射探測(cè)器，其特征在于熱敏傳感元件 是鈮酸鋰、鉭酸鋰、鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛熱釋電材料，所用其材料厚度 ，從0.01mm－1000mm，面積 從0.5mm2－10000mm2。
3.按權(quán)利要求1所述的激光輻射探測(cè)器，其特征在于在熱敏傳感元件(4)的檢測(cè)光接收面上采用涂、粘、鍍、沉積各種吸收體做成。
4.按權(quán)利要求1所述的激光輻射探測(cè)器，其特征在于在熱敏傳感元件(4)的兩電極或信號(hào)引出線的兩端并聯(lián)電阻，進(jìn)一步提高響應(yīng)時(shí)間和壓窄信號(hào)脈沖的半寬度。
5.按權(quán)利要求1所述的激光輻射探測(cè)器，其特征在于在做為熱沉的腔體(5)上加水冷，做成測(cè)量高重復(fù)頻率高平均功率的激光輻射探測(cè)器。
專利摘要本實(shí)用新型屬于激光參數(shù)測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域。該激光輻射探測(cè)器在結(jié)構(gòu)上使作為熱敏傳感元件的熱釋電材料直接吸收被檢測(cè)光，去掉了通常探測(cè)器中的吸收體部分，不僅大大提高了儀器的靈敏度和響應(yīng)時(shí)間，增大了測(cè)量范圍，而且使得儀器結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，制做方便。
文檔編號(hào)G01J1/42GK2075339SQ9020233
公開(kāi)日1991年4月17日 申請(qǐng)日期1990年3月7日 優(yōu)先權(quán)日1990年3月7日
發(fā)明者呂惠賓, 周岳亮, 崔大復(fù), 陳正豪, 陸斌, 謝苑林, 楊國(guó)楨 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院物理研究所