化棚、氮化铁、氧化 铭、黑色金属（goldblack)或碳。吸收层优选地具有介于大约0. 5ym和大约5. 0ym之间 的厚度。不管所选的材料是什么，层42优选地被做得足够厚W使得大约95 %或更多的福射 被吸收而且被转换成吸收层中的热。层42中的不完全吸收导致小于最佳热电响应信号，而 且可导致非线性响应。
[0027] 当福射-吸收层被入射的福射加热时，热梯度在福射-吸收层和铜衬底32之间被 形成传感器层36上方。由于倾斜的晶轴引起的传感器层36的热电特性的高各向异性，传 感器层的厚度上的热流产生了与热流（热梯度）方向垂直（横切）的传感器层中的电场。 横向电场是由于针对传感器层材料的结晶a-b和C方向中的Seebeck系数的显著不同的值 造成的。
[002引彼此平行的隔开的细长电极38和40被布置在传感器层36上并与之电接触。电 极的适当材料包括金（Au)、销（Pt)、银（Ag)和钮（Pd)。电极之间的横向电场导致电极之间 的与吸收层上的入射福射功率成线性正比的电压。该电压可通过下述等式近似：
[0029] 川
[0030] 其中Vx是在第一电极38和第二电极40之间产生的电压；t是传感器层36的厚 度，ATz是传感器层36上的温度差；a是层36的结晶C轴的倾斜角度；S油和Sc分别是 传感器层的a-b和C晶体方向的Seebeck系数；而且L是激光福射的入射束的直径。
[0031] 图2是示意地图示出传感器层36的优选布置的俯视平面图，其中传感器层被图案 化成多个带36A，其中每个带都在电极38和40之间延伸。带的宽度被标记为W1，带之间的 空隙的宽度被标记为W2。在此，带被对齐成平行于传感器层的C轴方向。带可通过热电材 料的连续层的光刻和湿法刻蚀形成。层36可为了本说明书和所附权利要求的目的而被定 义为传感器元件，该术语适用于连续传感器层W及/或图案化成图2的平行带或其它图案 的层。
[0032] 在本发明的检测器的一个示例中，当检测器被功率大约为100瓦（W)的二氧化碳 (C02)激光福射福射时，带（C轴对齐）的宽度化大约为300ym而且其间的间隔W2大约 为50ym的DyBCO,电极之间的长度大约为33mm而且带的图案上的宽度大约为32mm，提供 的热电信号大约为100微伏（yV)，即，其中传感器元件36作为电极之间的连续片，热电信 号电压大约是35yV。
[0033] 在本发明的检测器的另一示例中，采用上述示例中的尺寸，但是带36AW45度对 齐至C轴方向，热电信号大约为60yV。在另一示例中，利用45度对齐的带，但是化和W2 每个大约都是100ym，热电信号大约是61yV。该些示例结果表示，对于检测器的给定有效 面积，热电信号取决于传感器-材料带与热电材料的结晶C轴的对齐，但是可能对带W及它 们之间的空隙的宽度不敏感。实际上，1至6的带宽度与间隙的比值被测试，其中在热电响 应中没有观察到显著变化。
[0034] 图3是示意地图示出针对具有如图2那样图案化的DyBCO传感器元件的本发明的 检测器的示例的作为入射的CWC02激光功率的函数的热电信号电压的示图。再次，有效面 积是33mmx32mm。通过比较各个数据点（圆圈）和最优拟合的直线可W看出传感器响应是 相当线性的。
[0035] 图4是示意地图示出针对图3的检测器示例的响应于来自1064-nm固态激光器的 入射的10纳秒（ns)脉冲的作为入射的脉冲能量的函数的峰值热电电压（圆圈）和反射能 量（菱形）的示图。图4的示图中的实线直线是圆圈（峰值电压）数据点的最优拟合，表 明图3的示图中的CW福射试验出的响应的相同的程度的线性度。
[0036] 图5是示意地图示出针对图4的示图的脉冲之一的作为时间的函数的热电信号的 示图。信号的响应时间（上升时间）大约是640纳秒，其可比拟于光电二极管检测器的响 应。
[0037]传感器层36的上述图案化不仅改进了本发明的检测器的敏感度，而且改进了敏 感度的空间均匀性。图3和4的检测器的敏感度的归一化的空间分布被示意地表示在图6 中。可W看出，检测器的最有用区域的空间均匀性大约是±5%。没有图案化的传感器层的 相同检测器在相同区域上的空间均匀性大约是±20%。
[003引对于本发明的检测器的功率处理能力，针对任意特定衬底和缓冲层，该将由传感 器层材料的选择确定。举例来说，诸如铺领铜酸盐之类的铜酸盐的最大工作温度《350°C。 基于热传递计算，可W估计出采用铺领铜酸盐作为传感器材料的检测器将被限制为测量高 达大约2千瓦（kW)的福射功率。诸如钻酸锁之类的钻酸盐横向热电材料理论上具有工作 温度（> 350°C)而且应该允许测量大于2kW的激光功率。
[0039]总之，W优选实施例和其它实施例描述了本发明。但是，本发明并非受限于此处描 述和说明的实施例。实际上，本发明仅仅由所附权利要求限制。
【主权项】
1. 一种激光辐射传感器，包括： 铜衬底； 沉积在衬底的表面上的定向的多晶缓冲层，缓冲层具有相对于衬底的所述表面的法线 成介于大约10度和大约45度之间的第一角度的晶向； 沉积在缓冲层上的由选自热电材料组的热电材料制成的定向的多晶传感器元件，所述 热电材料组由镝钡铜酸盐、锶钴酸钠和钴酸锶构成，传感器元件具有相对于衬底的所述表 面的法线成介于大约10度和大约45度之间的第二角度的结晶c轴定向； 与传感器元件进行热交换的辐射-吸收层；以及 与传感器元件电接触的隔开的第一和第二细长电极。2. 根据权利要求1所述的激光辐射传感器，其中传感器元件是在第一和第二电极之间 延伸的定向多晶传感器材料的连续层。3. 根据权利要求1所述的激光辐射传感器，其中传感器元件包括隔开的定向多晶传感 器材料的多个带，多个带彼此平行而且在第一和第二电极之间延伸。4. 根据权利要求3所述的激光福射传感器，其中传感器元件的带被对齐成平行于定向 多晶传感器材料的结晶c轴。5. 根据权利要求1所述的激光辐射传感器，进一步包括介于传感器元件和辐射-吸收 层之间的保护层。6. 根据权利要求5所述的激光辐射传感器，其中保护层是氧化镁和二氧化硅之一的 层。7. 根据权利要求6所述的激光辐射传感器，其中辐射-吸收层是选自辐射-吸收材料 组的辐射-吸收材料的层，辐射-吸收材料组由碳化硼、氮化钛、氧化铬、黑色金属和碳组 成。8. 根据权利要求1所述的激光辐射传感器，其中电极包括选自金属组的金属，所述金 属组由金、铂、银和钯构成。9. 根据权利要求1所述的激光辐射传感器，其中缓冲层是选自材料组的材料的层，材 料组由氧化镁、钇稳定的氧化锆、和氧化铈组成。10. 根据权利要求1所述的激光辐射传感器，其中第一和第二角度大约相同。11. 一种激光辐射传感器，包括： 高热导材料的衬底； 沉积在衬底的表面上的定向的多晶缓冲层，缓冲层具有相对于衬底的所述表面的法线 成介于大约10度和大约45度之间的第一角度的晶向； 沉积在缓冲层上的由选自热电材料组的热电材料制成的定向的多晶传感器元件，所述 热电材料组由镝钡铜酸盐、锶钴酸钠和钴酸锶构成，传感器元件具有相对于衬底的所述表 面的法线成介于大约10度和大约45度之间的第二角度的结晶c轴定向； 沉积在传感器元件上的保护层； 沉积在保护层上的辐射-吸收层； 与传感器元件电接触的隔开的第一和第二细长电极；以及 其中传感器元件包括隔开的定向多晶传感器材料的多个带，所述多个带彼此平行并且 在第一和第二电极之间延伸，其中每个带与第一和第二电极电接触。12. 根据权利要求11所述的激光辐射传感器，其中衬底是铜衬底。13. 根据权利要求11所述的激光辐射传感器，其中缓冲层的厚度介于大约0. 5微米和 大约3.0微米之间，而且缓冲层是选自材料组的材料的层，材料组由氧化镁、钇稳定的氧化 错和氧化铺组成。14. 根据权利要求11所述的激光辐射传感器，其中传感器材料的带的厚度介于大约5 纳米和大约500纳米之间。15. 根据权利要求11所述的激光辐射传感器，其中保护层的厚度介于大约0. 2微米和 大约2. 0微米之间，而且保护层是氧化镁和二氧化硅之一的层。16. 根据权利要求12所述的激光辐射传感器，其中吸收层的厚度介于大约0. 5微米和 大约5. 0微米之间，而且吸收层是选自辐射-吸收材料组的辐射-吸收材料的层，辐射-吸 收材料组由碳化硼、氮化钛、氧化铬、黑色金属和碳组成。
【专利摘要】一种激光辐射传感器(30)包括铜衬底(32)，其上生长了定向的多晶缓冲层(34)，多晶缓冲层上是各向异性横向热电材料(36)的定向的多晶传感器元件。与传感器元件热连接的吸收层(42)被激光辐射加热以被测量并且将热交换至传感器元件，从而导致传感器元件上的热梯度。与传感器元件电接触的隔开的电极(38,40)感测与热梯度相对应的电压，作为入射激光辐射功率的测量结果。
【IPC分类】G01J5/12, G01K17/00
【公开号】CN104884918
【申请号】CN201380051638
【发明人】R·塞梅拉德, E·克劳斯, J·施洛斯
【申请人】相干公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年9月27日
【公告号】EP2904360A1, US9012848, US20140091304, WO2014055374A1