Лазерный датчик на термобатарее

Лазерные датчики на термобатареях (рис. 1) используются для измерения мощности лазера от нескольких мкВт до нескольких Вт (см. раздел 2.4) . [2] Входящее излучение лазера преобразуется в тепловую энергию на поверхности. [3] Этот подвод тепла создает температурный градиент на датчике. Используя термоэлектрический эффект , этот температурный градиент генерирует напряжение . Поскольку напряжение прямо пропорционально поступающему излучению, оно может быть напрямую связано с мощностью излучения (см. раздел 2.1) .

В отличие от фотодиодов датчики на термобатареях можно использовать для широкого спектра длин волн от УФ до МИК (в зависимости от характеристик поглощающего покрытия на разных длинах волн). [4] [5] Кроме того, фотодиоды имеют обратное смещение и насыщаются при оптической мощности выше определенного значения (обычно в мВт), [6] что делает датчики на термоэлементах подходящими для измерений высокой мощности. [2]

Пироэлектрический датчик и калориметр обычно используются для измерения энергии лазерных импульсов. [7] Пироэлектрический датчик может измерять энергию от низкой до средней (от мДж до Дж ) и подвержен микрофонным эффектам . [7] Калориметры способны измерять высокие энергии (от мДж до кДж), но имеют большое время отклика. [7]

Как показано на рис. 2, лазерный датчик на термобатарее состоит из нескольких термопар, соединенных последовательно, при этом один тип спая (горячий спай при температуре T 1 ) подвергается воздействию области поглощения, а другой тип спая (холодный спай при температуре T 2 ) подвергается воздействию к теплоотводу. Когда лазерный луч попадает на поверхность датчика термобатареи, падающее излучение поглощается слоем покрытия и преобразуется в тепло. Затем это тепло вызывает градиент температуры на датчике, определяемый как

[К/м],

Из-за термоэлектрического эффекта разница температур вызывает накопление электрического напряжения внутри каждой термопары. Это выходное напряжение прямо пропорционально мощности входящего излучения. [10] Поскольку большое количество термобатарей обычно соединяют последовательно, достигаются напряжения от нескольких мкВ до В.

Рисунок 1: [1] Термодатчики доступны в различных размерах
Рисунок 2: [8] Принцип работы теплового лазерного датчика (адаптировано из рисунка 3 с разрешения)
Рис. 3: [8] (a) Датчики радиальной термобатареи и (b) Датчики осевой термобатареи
Рис. 4: [14] Осевой датчик толщиной 0,5 мм
Рис. 5: [8] Сравнение времени нарастания между радиальными и осевыми датчиками на термобатареях
Рис. 6: [21] Пример, показывающий, как можно использовать термодатчики для непрерывного измерения
Рис. 7: [21] Пример, показывающий, как можно использовать термодатчики для непрерывного наблюдения с помощью заднего зеркала.
Рис. 8: [22] Измеритель тепловой мощности Thorlab.
Рис. 9: [23] Датчик положения с другим квадрантом, как показано на рисунке.