專(zhuān)利名稱(chēng)：快響應(yīng)寬光譜脈沖光激光能量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量脈沖光、激光能量或功率的快響應(yīng)寬光譜脈沖光激光能量計(jì)，屬于傳感器技術(shù)與測(cè)試儀器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，傳統(tǒng)的激光、光測(cè)量主要分為光子型測(cè)量?jī)x和量熱型測(cè)量?jī)x兩大類(lèi)。光子型測(cè)量?jī)x是基于半導(dǎo)體材料中入射光對(duì)載流子的激發(fā)，如電子-空穴對(duì)的產(chǎn)生，來(lái)測(cè)量入射光的。這類(lèi)探測(cè)器通常有很快的時(shí)間響應(yīng)，但受能帶或能級(jí)的限制，通常不容易在很寬的光譜范圍內(nèi)工作。量熱型探測(cè)器如Bolometer，則是在吸收熱量時(shí)會(huì)有物理量(如電阻)的變化，通過(guò)對(duì)物理量參數(shù)的監(jiān)測(cè)而測(cè)量光輻射。這類(lèi)器件可以在很寬的光譜范圍內(nèi)工作，但卻需要較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)達(dá)到熱平衡，因此響應(yīng)時(shí)間慢。上述兩類(lèi)器件大多需要施加偏壓或偏流，從而造成暗電流、熱噪聲之類(lèi)的干擾，同時(shí)也是消耗能量的器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，而提供一種同時(shí)兼有寬的光譜響應(yīng)和快的時(shí)間響應(yīng)，且不需施加任何偏壓、偏流，節(jié)省能源，靈敏度較高的快響應(yīng)寬光譜脈沖光激光能量計(jì)。
本發(fā)明基于的原理是我們發(fā)現(xiàn)傾斜襯底制備的氧化物薄膜(見(jiàn)圖2)具有激光感生電壓效應(yīng)、并且感生電壓與入射光能量呈很好的線性關(guān)系(見(jiàn)圖3)，基于這一類(lèi)新材料和新效應(yīng)，我們?cè)O(shè)計(jì)和制作了這具寬光譜(0.19～11μm)、快響應(yīng)(μs、ns量級(jí))脈沖光激光能量計(jì)。薄膜材料的熱電張量經(jīng)坐標(biāo)變換后為
當(dāng)向薄膜表面照射短脈沖激光時(shí)在材料的x方向則有感生電壓產(chǎn)生，其時(shí)間關(guān)系為U(t)=α0Elsin(2α)4dρc0πDt(Sab-Sc)(e-δ24Dt-e-d24Dt)]]>我們證明，感生電壓是一個(gè)時(shí)間的函數(shù)，并且是非對(duì)稱(chēng)的。我們?cè)?48nm(紫外光)～1064nm(紅外光)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，測(cè)量結(jié)果表明感生電壓的峰值與入射脈沖激光能量成線性關(guān)系(見(jiàn)圖3)。因此可以用感生電壓的峰值或感生電壓波形的面積代表入射激光的能量，制作能量計(jì)。
入射激光能量，其引起的感生電壓之間，并最終以數(shù)字形式顯示出的數(shù)據(jù)是由探測(cè)電子線路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換及能量定標(biāo)三部分完成的?？梢葬槍?duì)不同激光波長(zhǎng)，不同的薄膜材料對(duì)入射光能量和感生電壓峰值之間的關(guān)系進(jìn)行校正，并寫(xiě)入芯片電路，從而方便不同波長(zhǎng)及不同時(shí)間響應(yīng)或其他不同要求的測(cè)量。
本發(fā)明的技術(shù)方案是該能量計(jì)由與信號(hào)連接線(2)一端連接的傳感器探頭(1)、信號(hào)連接線(2)、與信號(hào)連接線(2)另一端連接的顯示儀表(3)組成；其中①傳感器探頭(1)采用的材料為氧化物薄膜，氧化物薄膜材料為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，形成ABO3的分子式；A是三價(jià)稀土或三價(jià)稀土與二價(jià)堿土金屬的組合，而B(niǎo)是Mn、Co、Fe可變價(jià)態(tài)的過(guò)渡族金屬離子；該類(lèi)氧化物薄膜具有各向異性的熱電張量(Seebeck張量)，如Sab＝Sc，其中Sab、Sc分別代表在ab面內(nèi)和c方向上的熱電張量元。
②信號(hào)連接線(2)為帶BNC接頭的屏蔽線；③顯示儀表(3)為用一種快速電路及相應(yīng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置將感生電壓峰值換算成入射激光能量，并以數(shù)字形式顯示出來(lái)。
本發(fā)明的有益效果是具有響應(yīng)時(shí)間快(可達(dá)到微秒和納秒量級(jí))、光譜范圍寬(0.19～11微米)和不需偏置電源等優(yōu)點(diǎn)，可對(duì)微秒和納秒量級(jí)的脈沖光、激光能量或功率進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，并可節(jié)省能源。


圖1是快響應(yīng)寬光譜脈沖光激光能量計(jì)示意圖。
圖2是傾斜單晶襯底上生長(zhǎng)的ABO3薄膜及坐標(biāo)示意圖。
圖3是1.064μm波長(zhǎng)下脈沖激光能量與LaCaMnO3薄膜上感生電壓的關(guān)系曲線。
圖4是快速電路及相應(yīng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例在傾斜襯底表面生長(zhǎng)氧化物薄膜，通過(guò)光刻工藝在薄膜兩端制作金屬電極，采集不同波長(zhǎng)脈沖光下感生電壓信號(hào)、并進(jìn)行線性擬合，將擬合關(guān)系輸入單片機(jī)中；在薄膜表面蒸鍍保護(hù)和增透膜，同時(shí)完成探頭封裝；然后通過(guò)帶有BNC接頭的屏蔽信號(hào)線將探頭與顯示儀表連接，進(jìn)行儀表校準(zhǔn)和環(huán)境實(shí)驗(yàn)，即可完成整機(jī)制作。當(dāng)入射的激光脈沖寬度很窄時(shí)，感生電壓峰值與入射能量(功率)成正比，用一種快速電路及相應(yīng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置將感生電壓峰值換算成入射激光能量，并以數(shù)字形式顯示出來(lái)。
本發(fā)明配以斬波器本儀器也可以測(cè)量連續(xù)光、激光的功率。使用證明，本發(fā)明各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
權(quán)利要求
1.一種快響應(yīng)寬光譜脈沖光激光能量計(jì)，由傳感探頭測(cè)量元件(1)、信號(hào)連接線(2)、與信號(hào)連接線(2)連接的顯示儀表(3)構(gòu)成；其特征在于(1)傳感探頭測(cè)量元件(1)是生長(zhǎng)在傾斜襯底上的氧化物薄膜，具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，形成ABO3的分子式，其中A是三價(jià)稀土或三價(jià)稀土與二價(jià)堿土金屬的組合，而B(niǎo)是過(guò)渡族金屬，如Mn、Co、Fe可變價(jià)態(tài)的過(guò)渡族金屬離子；(2)顯示儀表(3)內(nèi)設(shè)置有快速電路及相應(yīng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置，將感生電壓峰值換算成入射激光能量，并以數(shù)字形式顯示出來(lái)。
2.按權(quán)利要求1所說(shuō)的快響應(yīng)寬光譜脈沖光激光能量計(jì)，其特征在于其響應(yīng)時(shí)間可達(dá)到微秒或納秒量級(jí)；同時(shí)在0.19～11微米對(duì)脈沖、連續(xù)激光進(jìn)行測(cè)量；并由信號(hào)連接線(2)連接到顯示儀表(3)顯示測(cè)量結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測(cè)量脈沖光、激光能量或功率的快響應(yīng)寬光譜脈沖光激光能量計(jì)，屬于傳感器技術(shù)與測(cè)試儀器領(lǐng)域。該能量計(jì)由與信號(hào)連接線(2)一端連接的傳感器探頭(1)、信號(hào)連接線(2)、與信號(hào)連接線(2)另一端連接的顯示儀表(3)組成；其中傳感器探頭(1)采用的材料為氧化物薄膜，氧化物薄膜材料為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，形成ABO
文檔編號(hào)G01J1/00GK1614368SQ200410040820
公開(kāi)日2005年5月11日 申請(qǐng)日期2004年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月9日
發(fā)明者張鵬翔, 劉翔, 張國(guó)勇 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)