热电堆光功率传感器
热电堆传感器基于热电偶。热电偶由两种不同的金属串联而成。为了检测辐射，一个金属结通常被涂黑以吸收辐射。该结相对于另一个未受辐射结的温升会产生电压。这种效应是所有热电偶温度传感器的基础。热电堆中使用的热电偶材料通常是铋和锑，它们具有相对较高的热电系数(感应电压响应温差大小的量度)。单个热电偶通常会产生低输出电压，这会导致低检测率并限制其作为传感设备的使用。因此，增加输出电压的一种方法是串联多个热电偶结(通常为 20 到 120 个)。所有“热”结都靠近放置以收集辐射，构成了热电堆。以下是热电堆的典型操作图。
热电堆盘由圆形热电偶阵列组成。光辐射，例如激光束，被产生输出电压的盘吸收。圆盘上的热量在圆盘反面的热电堆上径向传播，在那里它被传递到散热器，该散热器由风扇或水进行对流冷却。由于它们的宽带吸收，这些设备在 IR 中非常敏感。因此，必须注意稳定他们的视野，因为所有接近室温的物体(包括人)都会发出大量红外线。由于加热和冷却过程，热电堆的响应时间非常慢，通常为秒级。由于这个时间限制，热电堆专门用于测量 CW 或准 CW 辐射源的功率。通过按比例降低材料的热容量，可以缩短响应时间。然而，检测器的检测率与热容量成反比，导致时间响应和灵敏度之间的一般权衡。
由于吸收的所有热量都流过热电偶(只要激光束在热结的内圆内)，检测器的响应几乎与光束大小和位置无关。如果光束靠近内圆的边缘，一些热电偶会变得比其他热电偶更热，但由于测量了所有热电偶的总和，因此读数保持不变。通常，我们指定表面读数的均匀性为 ±2% 或更好。
使用热电堆传感器测量单发能量
虽然热电堆激光功率传感器主要用于测量功率，但它们也可以测量单发能量，其中它们集成了随时间流过圆盘的功率。由于圆盘加热和冷却的典型时间为几秒钟，因此这些热传感器最多只能每隔几秒钟测量一次脉冲。因此它们适用于所谓的“单次”测量。尽管传感器圆盘的响应时间较慢，但测量的脉冲有多短没有限制，因为测量的是脉冲后流经圆盘的热量。
热电堆盘的类型
没有一种吸收器可以满足所有激光功率测量应用的需要。多种类型的吸收器可用于不同的应用，例如长脉冲 (0.1-10ms)、短脉冲 (<1µs) 和连续辐射。针对长脉冲和 CW 优化的吸收器的特点是采用薄的耐火材料，因为热量可以在脉冲期间流过涂层并进入圆盘。另一方面，短脉冲期间热量无法流动，所有能量都沉积在表面附近的薄层(通常为 0.1µm)中。这会导致破坏吸收器的表面蒸发。取而代之的是，使用了部分透明且吸收 50 µm -3 mm 距离的体积吸收器。这将热量散布到更大的体积上，从而产生更高的能量。
热电堆的测量范围从几十微瓦到千瓦。然而，盘的工作热范围是有限的。如果冷热结温度之差超过几十度，结的持续加热/冷却会导致结过早失效。为了适应不同的功率范围，使用了不同厚度和尺寸的圆盘，厚的用于高功率，薄的用于低功率。
圆盘的响应时间取决于它们的大小和形状：较大直径和较厚的圆盘比薄的小直径圆盘慢。响应时间通常取决于必须在盘的薄吸收器区域中加热的材料的质量与热量从同一区域流出的速度。响应时间大约与孔径成正比，即 50mm 孔径光盘的速度是 18mm 孔径光盘的三倍。
热表面吸收头
表面吸收器通常由沉积在铜或铝导热基板上的光学吸收耐火材料组成。当数百微秒的长脉冲或连续激光束落在这种表面吸收器上时，光会被吸收到非常薄的表面层中——通常厚度为 0.1 – 1 微米。尽管光被薄层吸收并在那里转化为热量，但脉冲足够长，因此当能量沉积到表面层时，热量也会流出到导热基板中，因此表面不会升温过度地。
表面与体积吸收器
当测量具有几十微秒或更短脉冲的激光时，热量会在短时间内沉积，并且不能在脉冲期间流动。因此，在薄表面层中吸收能量的表面吸收剂是不合适的。所有能量都沉积在薄层中，然后该层被蒸发。在这种情况下，使用体积吸收器。这些传统上由热粘合到导热金属基板的中性密度玻璃组成。ND 玻璃吸收光的深度为 1-3 毫米，而不是几分之一微米。因此，即使是没有热流的短脉冲，光和热也会沉积到相当深的材料中，因此带有体积吸收器的功率/能量计能够承受更高的能量密度——高达 10 焦耳/平方厘米。
