专利名称：新型结构激光辐射探测器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于激光参数测量仪器领域。
目前人们使用的激光辐射探测器大多是热敏探测器，主要有量热式温差电偶型探测器和热释电型探测器，如中国专利申请85100696号和中国专利申请89220541.5号。在结构上它们的核心部分都是由热敏传感元件和吸收体两部分组成，缺一不可。使用热释电材料做为热敏传感元件的中国专利申请89220541.5号，由于在结构上采用被检测光从与热释电材料极化方向平行的方向入射，被检测光的能量必须通过吸收体和电极才能传导给热敏传感元件，热敏传感元件不可能直接吸收被检测光，不仅使它的灵敏度和响应时间受到限制，而且由于吸收体的特性，使其测量范围不够大。
本实用新型的目的在于克服上述的缺点和不足，提供一种新结构的系列化的高灵敏度、快响应、宽量程的新型激光辐射探测器。
本实用新型提供的新型结构激光辐射探测器，在结构上去掉了通常探测器中的吸收体部分，其核心仅由热敏传感元件组成，也就是热敏传感元件本身也是吸收体。热敏传感元件使用铌酸锂、钽酸锂、钛酸铅、参考文献1.中国专利申请89220541.5号。
2.美国Laser Precision Corporation产品说明书。钛酸钡、锆钛酸铅系列等具有热释电特性的铁电、压电材料，采用被检测光从与热释电材料极化方向正交的垂直方向入射，使做为热敏传感元件的热释电材料直接吸收被检测光，这样就能获得所使用热释电材料的最高灵敏度和最快响应时间。另外，上述各种热释电材料质地坚硬，抗辐射能力强，能承受大的激光功率密度，因而可获得目前所有探测器难以达到的检测大范围激光能量的宽量程。
以下结合附图详细说明本实用新型的系列结构。本实用新型在结构上包括使用单片(块)或叠层的热释电材料做热敏传感元件，做成平面型、锥腔型、锯齿形、劈型探测器。
图1所示为单片平面型结构激光辐射探测器图，它由前盖(1)、螺丝压环(2)、垫圈(3)，一片或叠层的热敏传感元件(4)(图2所示为两片或多片热释电材料按极向进行串联或并联组合图)，金属腔体(5)五部分组成。其中热敏传感元件的厚度可从0.01mm－10mm，面积可从0.5mm2－10000mm2，电极分别做在其极化面上。采用多片叠层式平面结构，不仅能做成大口径的激光探测器，而且由于各片热释电材料的串联组合，使得热释电信号叠加，灵敏度更高，总的电容量减小，而使响应更快。
图3所示为锥腔型结构的激光辐射探测器图，它主要由前盖(6)、螺丝压环(7)、垫圈(8)、热敏传感元件(9)、腔体(10)五部分组成。其中热敏传感元件(9)可以是方形或圆形的块，也可以是多块的叠层(如图4所示把两块或多块热释电材料按极向进行串联叠加组合图)。锥腔的腔口可从φ1mm－φ100mm，顶角可从5°－180°，电极分别附在上下两个台面上，如用方形热释电材料电极也可在侧面。
图5所示为劈形结构的激光辐射探测器，它主要由前盖(11)、螺丝压环(12)、垫圈(13)、劈形热敏传感元件(14)、腔体(15)五部分组成。其中劈形热敏传感元件(14)可以是由一块或两片热释电材料组成。劈形腔口可从0.5mm2－10000mm2，顶角从5°－180°。
图6所示为锯齿形结构的激光辐射探测器，它主要由前盖(16)、螺丝压环(17)、垫圈(18)、锯齿形热敏传感元件(19)、腔体(20)五部分组成。其中锯齿形热敏传感元件(19)可以由单块或多块梯形的热释电材料组成。锯齿形腔口可以从0.5mm2－10000mm2，每个锯齿形顶角可从1°－180°。
根据功率W＝能量E／时间T，利用上述各种探测器的结构，可制成中国专利申请89220541.5号中所述的斩波式或取样斩波式结构的功率计。
本实用新型所使用的几种热释电材料中，若其中某种材料光谱吸收范围窄，也可在其表面(光入射面)附着上一层吸收体，以达到增大其光谱吸收范围。
为了测量高重复频率的激光脉冲，可以按需要在热敏元件的电极或信号引线的两端并联电阻实现。如果重复频率脉冲激光的平均功率较大，就在做为热沉的腔体上加水冷。
实施例1制做图1所示的单片平面型激光辐射探测器，用合金铝做成外径为φ60mm长40mm的腔体(5)、外径φ50mm的有机玻璃做垫圈(3)、合金铝螺丝压环(2)和外径φ65mm的前盖(1)并煮黑，用面积为30×30mm2厚2mm的钛酸钡做热敏传感元件(4)，用导热绝缘胶把热敏传感元件(4)粘在腔体(5)内，用同轴电缆线引出信号。
实施例2按实施例1制做，只是热敏传感元件(4)不同，热敏传感元件采用3片厚2mm面积10×30mm2的铌酸锶钡按图2用导电胶串联组合，制成叠层式平面型激光辐射探测器。
实施例3按图3所示做单块锥腔型激光探测器，用钢材做成外径φ50×长60mm的腔体(10)，尼龙做φ40mm的垫圈(8)，铁螺丝压环(7)和外径φ55的前盖(6)并煮黑。在φ30×长40mm的圆柱形PLZT－5材料上做一个口径φ20mm，顶角为35°的一个空锥腔做锥腔型热敏传感元件(9)，用导热绝缘胶把锥腔(9)固定在腔体(10)内，并在热敏传感元件(9)的银电极用同轴电缆线引出信号，同轴电缆线外皮接地。
实施例4
按实施例3制做，把厚为5mm×φ30的8片铌酸锂按图4用导电胶串联组合，然后在其上做一个口径φ20mm×顶角为40°的空锥腔做热敏传感元件(9)。
实施例5按图5制做劈形激光辐射探测器。用合金铝制成外径φ60mm×长60mm的腔体(15)，φ50mm的塑料垫圈(13)，铁螺丝压环(12)和外径为65mm的前盖(11)并煮黑。用2片宽25mm×长40mm×厚1.5mm的钛酸铅做成顶角为30°的劈形热敏传感元件(14)，用环氧树脂将其固定在腔体(15)内，把两片钛酸铅的电极并联，两端电极用同轴电缆线引出信号，电缆线外皮接地。
实施例6制做图6所示的锯齿形激光辐射探测器。用合金铝材料制成外径φ40mm×长30mm的腔体(20)，φ30mm的铁垫圈(18)和螺丝压环(17)，外径为45mm的前盖(16)并煮黑。在一块25mm的方形锆钛酸铅材料上做齿口2mm、顶角为8°的10个锯齿形的热敏传感元件(19)，用绝缘导热胶将其固定在腔体(20)上，并保证入射光的方向垂直于热释电材料的极化方向，从它的电极上用同轴电缆线引出信号，同轴电缆线外皮接地。
实施例7按实施例6制做，热敏传感元件(19)不同，把2mm厚的掺镧锆钛酸铅做成上底2mm、下底10mm的直角梯形，然后把13个梯形叠成图6所示的锯齿形做为热敏传感元件(19)。
实施例8按实施例6制做，在热敏传感元件的两电极间并联一个1／4WIKΩ的电阻，制成响应快脉冲的激光辐射探测器。
实施例9按实施例1制做，腔体(15)不同，在做为热沉的腔体(5)上加铜的水冷套，制成测量高平均功率脉冲激光的激光辐射探测器。
本实用新型的激光辐射探测器达到的典型指标如下光谱响应范围0.25－25μm灵敏度300mV／mj响应时间＜100ns承受功率密度＞300MW／cm2分辨率10－10J。
本实用新型提供的新型激光辐射探测器，由于采用被检测光从与热释电材料极化方向正交的垂直方向入射，做为热敏传感元件的热释电材料直接吸收被检测光，因而获得该材料的最高灵敏度与响应时间，制成的探测器具有高灵敏度、快响应和宽量程的特点。同时由于省去了通常探测器中的吸收体部分，使得结构简单，制造工艺简化，易于推广，具有实用价值。
权利要求1.一种由热敏元件、腔体组成的新型结构激光辐射探测器，其特征在于用具有热释电特性的铁电、压电材料做热敏传感元件(4)，热敏传感元件(4)用单片或单块或叠层并联或串联做成平面形、锥腔型、锯齿形、劈形，将其用粘结胶或机械方式固定在腔体(5)内，固定热敏传感元件(4)的位置要保证入射光的方向垂直于热释电材料的极化方向，从它的电极上用同轴电缆线引出信号，同轴电缆线外皮接地。
2.按权利要求1所述的激光辐射探测器，其特征在于热敏传感元件 是铌酸锂、钽酸锂、钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅热释电材料，所用其材料厚度 ，从0.01mm－1000mm，面积 从0.5mm2－10000mm2。
3.按权利要求1所述的激光辐射探测器，其特征在于在热敏传感元件(4)的检测光接收面上采用涂、粘、镀、沉积各种吸收体做成。
4.按权利要求1所述的激光辐射探测器，其特征在于在热敏传感元件(4)的两电极或信号引出线的两端并联电阻，进一步提高响应时间和压窄信号脉冲的半宽度。
5.按权利要求1所述的激光辐射探测器，其特征在于在做为热沉的腔体(5)上加水冷，做成测量高重复频率高平均功率的激光辐射探测器。
专利摘要本实用新型属于激光参数测量仪器领域。该激光辐射探测器在结构上使作为热敏传感元件的热释电材料直接吸收被检测光，去掉了通常探测器中的吸收体部分，不仅大大提高了仪器的灵敏度和响应时间，增大了测量范围，而且使得仪器结构更加简单，制做方便。
文档编号G01J1/42GK2075339SQ9020233
公开日1991年4月17日 申请日期1990年3月7日 优先权日1990年3月7日
发明者吕惠宾, 周岳亮, 崔大复, 陈正豪, 陆斌, 谢苑林, 杨国桢 申请人:中国科学院物理研究所