[发明专利]基于纳米带集成基片的可视化激光功率探测器及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于纳米带集成基片的可视化激光功率探测器及测量方法，属于光电探测领域。

背景技术

激光功率计是用来测试连续激光的功率或者脉冲激光在某一段时间的平均功率的仪器。作为一种重要的工具在许多的行业被广泛地使用。目前市场化的激光功率探测器主要有：基于热电堆激光功率传感器的激光功率计和基于光电二极管激光功率传感器的激光功率计。

基于热电堆激光功率计是利用薄膜技术，迅速检测由入射激光能量引起的热变化进而转化成电压信号，最终得到功率值。这种类型的功率计对于材料的损伤阈值具有较高的要求，很难实现聚焦激光的功率探测，且基于热电堆的功率计的散热问题加大了功率计的复杂性和体积，也使得生产成本大大增加。另外，就其探测性能来说，对于热电堆传感器，热量并不是垂直流过薄膜而是通过几十厘米的距离径向达到设备边缘实现探测，热的积累也使得测量误差的引入。另外，这类探测器的响应时间较长，目前市场化的探测器的响应时间一般为1s以上。

基于光电二极管的激光功率计，是由一个PN结组成的将光信号转换成电信号的光电传感器件，而基于这种传感器损伤阈值较低，这种基于光电二极管的激光功率计对入射激光的功率有严格的要求。目前市场化的功率计一般只能检测具有毫瓦量级的入射激光，且不能探测功率密度较大的聚焦光斑，这就使得其应用范围局限性很大，需要额外添加滤光片避免传感器结构被入射激光损伤。上述激光功率计都需要显示模块实现功率的读出和指示，都无法完成光斑分布情况的分析。

发明内容

本发明的目的是现有技术无法实现微区激光光斑功率分布的检测、以及不能探测功率密度较大的聚焦光斑的问题，提供基于纳米带集成基片的可视化激 光功率探测器及测量方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

基于纳米带集成基片的可视化激光功率探测器，以锌(Zn)掺杂的硫化镉(CdS)纳米带为材料，其中锌的掺杂浓度在2％以内。

其制备方法如下：

将硫化镉和硫化锌按照摩尔比为1:0.6～1：1混合均匀后放入到管式炉中石英管的中央，将镀金的硅片作为基片放入到石英管气流的上游和下游；通入载流气，载流气为惰性气体和5％～10％氢气的混合气体；将管式炉升温至800-1000℃，恒温至锌掺杂的硫化镉材料生长完全，关闭管式炉，继续通载流气，冷却至室温；在单基片上便可得到锌掺杂的硫化镉带状材料，即得到基于纳米带集成基片的可视化激光功率探测器。

基于纳米带集成基片的可视化激光功率探测器的测量方法：

步骤一、将可视化激光功率探测器放于光学显微视场中，利用功率可变的紫外激光聚焦后照射，逐渐增加激光功率，利用光谱测试设备得到不同功率下的光致发光光谱。每条光谱包含纳米带的带边发射峰(峰位位于500纳米-520纳米，显现绿光)及与掺杂元素锌有关缺陷态发射峰(峰位位于601纳米，显现红光)。

步骤二、从步骤一所得的光致发光光谱中，可分别得到两种发射峰的发光强度，计算绿光峰强度与红光峰强度的比值(I_green/I_red)，I_green/I_red与激光功率存在一一对应关系，给出了一条关于I_green/I_red随激发功率变化的函数曲线，该曲线即为此激光功率探测器定量测量功率的定标曲线。

步骤三、从步骤二得到的定标曲线，实现了入射激发激光功率的定量分析；另外，入射激光功率不同，照射到探测器上的激光光斑区域呈现不同的颜色，即通过颜色的变化可以实现入射激光功率的可视化探测，以及微区光斑功率分布的判断。

有益效果

1、本发明的基于纳米带集成基片的可视化激光功率探测器，弥补了传统激光功率计在聚焦光束探测以及微区光斑功率分布分析方面的不足，同时又可以实现入射激光功率的可视化探测，利用低成本，制作工艺简单的锌掺杂的硫化镉纳米带宏观基片，实现微区激光功率的探测，完成了新型纳米结构基片激光 功率探测器的制作。

2、本发明的基于纳米带集成基片的可视化激光功率探测器的测量方法，托于发光纳米材料最基本的光致发光光谱，完成了I_green/I_red对应入射聚焦功率的定标曲线，基于该定标曲线，通过不同激发光功率下锌掺杂硫化镉纳米带的光致发光光谱，可准确的计算出激发激光的功率。同时，通过照射到探测器上的激光光斑显现不同的颜色，可得知光斑的功率分布情况。

附图说明