一种热电式激光功率探头及其制造方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种热电式激光功率探头，包括散热外壳以及固定在散热外壳内部的激光功率探测单元，散热外壳上设有入光口，其中，激光功率探测单元包括基底，基底包括顶面和至少两个外侧面，顶面上设有吸收材料层，吸收材料层与所述入光口对应；至少两个外侧面沿顶面的中心线对称分布，每一外侧面均与顶面或顶面的切面垂直，且每一外侧面上依次设有绝缘层和薄膜热电堆。通过上述方式，本发明专利技术实施例能够提高探头的响应速度，减小探头在探测面方向上的横截面积，有利于探头往更小型化发展，应用灵活性强。

【技术实现步骤摘要】
一种热电式激光功率探头及其制造方法
本专利技术涉及激光测量
，特别是涉及一种热电式激光功率探头及其制造方法。
技术介绍
随着激光技术的发展，激光器在通信、医疗、工业制造等领域的应用越来越广泛。在激光器的研制、生产及应用过程中，对激光器的功率进行测量和标定是必不可少的步骤，激光功率探头按照不同的原理和材料分为热电式型和光电二极管型。光电二极管型激光功率探头的响应时间非常快，响应频率也非常高，但是对使用波长有一定限制，比如Si光电二极管通常只能测量1微米以内的光，且更适合测量功率较小的激光，如，能够直接探测1pW到数百mW的激光，加了特定波段的滤光片，可以测量3W以内的激光。传统的热电式型激光功率探头，因其吸收材料种类较多，不同的吸收材料对应不同的吸收光谱和不同的功率密度损伤阈值，从紫外到远红外波段均可使用，测量范围广，可以从mW量级到数kW量级。测量连续激光辐照时，当激光光源照射在热电堆的探测器靶心时，产生的热量通过探测器转换为电势由中心沿着无源区向边缘扩散，在热电偶的热端和冷端形成电势差，最终由电压计读出。由于无源区的存在，一般热电式型激光功率探头响应速度较慢，灵敏度较低，且由于传统结构的局限性，体积一般比较大，不便于集成化应用。
技术实现思路
本专利技术实施例主要解决的技术问题是提供一种热电式激光功率探头及其制造方法，能够提高探头的响应速度，减小探头在探测面方向上的横截面积，有利于探头往更小型化发展，应用灵活性强。本专利技术采用的技术方案是：第一方面，提供一种热电式激光功率探头，包括散热外壳以及固定在所述散热外壳内部的激光功率探测单元，所述散热外壳上设有入光口，其中，所述激光功率探测单元包括基底，所述基底包括顶面和至少两个外侧面，所述顶面上设有吸收材料层，所述吸收材料层与所述入光口对应；所述至少两个外侧面沿所述顶面的中心线对称分布，每一外侧面均与所述顶面或顶面的切面垂直，且每一外侧面上依次设有绝缘层和薄膜热电堆。可选地，所述薄膜热电堆包括多个串联的薄膜热电偶，其中，相邻两个所述薄膜热电偶之间通过连接结电连接；每一薄膜热电偶包括P型热电偶层和N型热电偶层，所述P型热电偶层和所述N型热电偶在靠近所述基底顶面的一端相互叠加，形成PN结，所述PN结所在的一端为工作端，与所述工作端相对的另一端为参考端，所述连接结位于所述参考端，且所述连接结连接的热电偶层的类型不相同；从一最外侧的薄膜热电偶的P型热电偶层的参考端上引出所述薄膜热电堆的正电极，从另一最外侧的薄膜热电偶的N型热电偶层的参考端上引出所述薄膜热电堆的负电极。可选地，所述薄膜热电堆为多层膜结构，包括至少两个三层膜结构的薄膜热电偶，相邻的薄膜热电偶之间通过连接结串联电连接，且相邻的薄膜热电偶之间设有第二绝缘薄膜层；每一薄膜热电偶依次包括P型热电偶层、第一绝缘薄膜层和N型热电偶层，所述P型热电偶层和所述N型热电偶层在所述第一绝缘薄膜层靠近所述基底顶面的一端连接，形成PN结，所述PN结所在的一端为工作端，与所述工作端相对的另一端为参考端，所述连接结位于所述参考端；在第一个薄膜热电偶的P型热电偶层的参考端上引出所述薄膜热电堆的正电极，在最后一个薄膜热电偶的N型热电偶层的参考端上引出所述薄膜热电堆的负电极。可选地，设置在不同绝缘层上的薄膜热电堆采用串联方式连接。在一些实施例中，所述P型热电偶层的厚度为1nm-10.0μm；所述N型热电偶层的厚度为1nm-10.0μm。在一些实施例中，所述吸收材料层为面吸收材料或体吸收材料，所述吸收材料层的厚度为1nm-3mm。在一些实施例中，所述基底为门字形基底、双门字形基底或倒U字形基底；所述门字形基底包括水平的顶面和两个外侧面，所述双门字形基底包括水平的顶面和四个外侧面，所述倒U字形基底包括弧形的顶面和两个外侧面。可选地，所述门字形基底、双门字形基底或倒U字形基底通过折边工艺得到，或者通过铣工工艺得到。可选地，所述门字形基底、双门字形基底或倒U字形基底与热沉一体化成型，整个部件通过铣工工艺得到。第二方面，本专利技术实施例还提供一种如上所述的热电式激光功率探头的制造方法，包括以下步骤：S1、提供基底，所述基底包括顶面和至少两个外侧面，所述至少两个外侧面沿所述顶面的中心线对称分布，每一外侧面均与所述顶面或顶面的切面垂直；S2、吸收材料层的制备：在所述基底的顶面制备所述吸收材料层；S3、绝缘层的制备：在所述基底的每一外侧面上制备所述绝缘层；S4、薄膜热电堆的制备：采用薄膜沉积法，在所述绝缘层上制备所述薄膜热电堆，以及在所述薄膜热电堆引出正、负电极；S5、激光功率探测单元的制备：在所述薄膜热电堆的正、负电极上分别引出热电式激光功率探头的输出导线，设置在不同绝缘层上的薄膜热电堆采用串联方式连接，形成所述热电式激光功率探头的激光功率探测单元；S6、散热外壳的封装：将所述激光功率探测单元固定在所述的散热外壳内部，在所述激光功率探测单元与所述散热外壳之间添加高导热介质，形成所述热电式激光功率探头。本专利技术实施例的有益效果是：本专利技术实施例的热电式激光功率探头在吸收材料层吸收激光并将激光能量转化为热量后，热量平行于激光入射的方向进行扩散，在扩散途中减小了无源区，一定程度上缩短了电势传输距离，可提高探头的响应速度；且薄膜热电堆与激光入射的方向一致，能够减小探头在探测面方向上的横截面积，有利于探头往更小型化发展，应用灵活性强，可集成在各类激光器内部做激光功率实时监控，亦可集成在小型化、微型化的激光功率计中，还可手持性应用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术第一实施例提供的热电式激光功率探头的侧面剖析图；图2是图1所示的热电式激光功率探头的俯视图；图3是本专利技术第一实施例提供的激光功率探测单元的断面结构示意图；图4是本专利技术第一实施例提供的薄膜热电堆的结构示意图；图5是本专利技术第二实施例提供的多层膜结构的薄膜热电堆的结构示意图；图6是本专利技术第三实施例提供的激光功率探测单元的基地的结构示意图；图7是本专利技术第四实施例提供的激光功率探测单元的断面结构示意图；图8是本专利技术第五实施例提供的热电式激光功率探头的制造方法的流程图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面结合附图和具体实施例，对本专利技术进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。实施例1请参阅图1和图2，图1为本专利技术一实施例提供的热电式激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热电式激光功率探头，包括散热外壳以及固定在所述散热外壳内部的激光功率探测单元，所述散热外壳上设有入光口，其特征在于，所述激光功率探测单元包括基底，所述基底包括顶面和至少两个外侧面，所述顶面上设有吸收材料层，所述吸收材料层与所述入光口对应；所述至少两个外侧面沿所述顶面的中心线对称分布，每一外侧面均与所述顶面或顶面的切面垂直，且每一外侧面上依次设有绝缘层和薄膜热电堆。

【技术特征摘要】
1.一种热电式激光功率探头，包括散热外壳以及固定在所述散热外壳内部的激光功率探测单元，所述散热外壳上设有入光口，其特征在于，所述激光功率探测单元包括基底，所述基底包括顶面和至少两个外侧面，所述顶面上设有吸收材料层，所述吸收材料层与所述入光口对应；所述至少两个外侧面沿所述顶面的中心线对称分布，每一外侧面均与所述顶面或顶面的切面垂直，且每一外侧面上依次设有绝缘层和薄膜热电堆。2.根据权利要求1所述的热电式激光功率探头，其特征在于，所述薄膜热电堆包括多个串联的薄膜热电偶，其中，相邻两个所述薄膜热电偶之间通过连接结电连接；每一薄膜热电偶包括P型热电偶层和N型热电偶层，所述P型热电偶层和所述N型热电偶在靠近所述基底顶面的一端相互叠加，形成PN结，所述PN结所在的一端为工作端，与所述工作端相对的另一端为参考端，所述连接结位于所述参考端，且所述连接结连接的热电偶层的类型不相同；从一最外侧的薄膜热电偶的P型热电偶层的参考端上引出所述薄膜热电堆的正电极，从另一最外侧的薄膜热电偶的N型热电偶层的参考端上引出所述薄膜热电堆的负电极。3.根据权利要求1所述的热电式激光功率探头，其特征在于，所述薄膜热电堆为多层膜结构，包括至少两个三层膜结构的薄膜热电偶，相邻的薄膜热电偶之间通过连接结串联电连接，且相邻的薄膜热电偶之间设有第二绝缘薄膜层，；每一薄膜热电偶依次包括P型热电偶层、第一绝缘薄膜层和N型热电偶层，所述P型热电偶层和所述N型热电偶层在所述第一绝缘薄膜层靠近所述基底顶面的一端连接，形成PN结，所述PN结所在的一端为工作端，与所述工作端相对的另一端为参考端，所述连接结位于所述参考端；在第一个薄膜热电偶的P型热电偶层的参考端上引出所述薄膜热电堆的正电极，在最后一个薄膜热电偶的N型热电偶层的参考端上引出所述薄膜热电堆的负电极。4.根据权利要求2或3所述的热电式激光功率探头，其特征在于，设置在不同绝缘层上的薄膜热电堆采用串...

【专利技术属性】
技术研发人员：范平，陈天宝，蔡兆坤，陈超铭，郑壮豪，梁广兴，
申请(专利权)人：深圳市彩煌热电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44