高速热电堆

高速热电堆Blink 传感器系列

基于 Laser Point 公司开发的这一全新专利技术的高速热传感器能够测量重复频率高达MHz范围的单个激光脉冲的能量，增加了测量连续激光输出功率的可能性。

此外，传感器的热特性使其能够在从紫外到太赫兹的宽带光谱中工作，并且可以在激光辐射的入射平均光功率密度的大范围（10-3-102W/cm2）内工作，而无需采用滤光片或其他预防措施。

热电器件可分为两类：一类是利用不同材料结处产生的标准纵向热电效应，另一类是基于激光诱导横向电压（LITV）效应的器件。

基于标准纵向热电效应的传感器通常采用多个电互连的热电偶来设计，这样可以测量穿过合适衬底的轴向热通量。这种使用标准热电效应的传感器是普通径向热电堆设计的改进。基于热学原理，这种传感器的光谱接受范围仍然是宽带。然而，这种传感器的热设计只允许相对较慢的响应时间（目前可以超过100毫秒）。此外，多个轴向热电偶的设计通常意味着传感器的活动区域很少被覆盖。

利用激光感应横向电压（LITV）效应的传感器也可以将热梯度转换成电信号。沉积合适材料的薄膜对激光辐照具有横向热电响应。也就是说，如果沿垂直于薄膜表面的方向存在热梯度，则在薄膜表面的纵向平面上产生热电响应。采用LITV效应具有内在的优点，即在显示响应的同时，显示出将热信号转换为电压的良好转换效率以纳秒为单位的时间。与标准热电器件相比，基于LITV的器件的另一个优点是在基于轴向布置的热电偶的设计中，有源区的均匀覆盖。

与用于激光辐射测量的热释电传感器和光电二极管相比，使用LITV效应的传感器的优点是具有整体快速响应时间、宽带光谱接受、高饱和阈值直接激光照射以及测量脉冲和连续激光源的可能性。

响应与功率的线性度

Blink 传感器在连续激光辐射下的响应，高达50W，如下图所示。数据显示Blink 探测器的输出信号，没有任何后线性化。绘制的线表示线性拟合，它量化了测量范围内探测器的线性，R系数为0.9998。良好的线性度对于探测器的校准至关重要。

响应与脉冲能量的线性关系

探测器对不同能量和脉冲持续时间的脉冲响应如下图所示。在同一张图中，还显示了能量测量值与脉冲持续时间τP的独立性，这反过来表明测量值与功率密度无关。

入射脉冲能量EP的测量与光斑大小无关，探测到的脉冲能量范围从10uJ到几十mJ。

响应时间

响应时间可以使用不同的定义。这里我们使用0-100%（τ0-100）响应时间定义，即在入射激光脉冲终止后，探测器将信号输出恢复到基线水平所需的时间。之所以选择这样的定义，是因为fmax=1/τ0-100定义了探测器对一列激光脉冲的最大可测量频率。

下图显示了探测器对脉冲宽度为4ns、重复频率为1Mhz的激光脉冲的快速响应。

光响应和损伤阈值

LITV效应的热特性允许探测器在入射辐射的宽带波长范围内工作，只要电磁辐射被吸收并通过吸收涂层转化为热量。

膜层的一个重要特性是其光谱平坦度，这对于探测器的简单校准非常重要。探测器的光学反射率如图所示。在整个测量范围内，即从250 nm到1100 nm，反射率曲线表现出平滑和整体上相对平坦的行为。

结果表明，在最快的结构，即带宽为1Mhz的情况下，200ns脉冲的损伤阈值大于30mj/cm2/pulse。