为了满足光束合成、激光对抗、材料激光损伤测试等领域的激光功率测试需求，研制了一种基于赛贝克效应的百瓦量级热电堆激光功率测试仪器。该仪器无需偏置电压电路即可正常工作，能够实现连续激光辐射功率测试且探测的激光功率量程宽、稳定性高。对波长为1064 nm的激光功率进行了测试实验。在15~250 W的功率范围内，采用本文方案研制的热电堆激光功率计的测试结果与标准激光功率计测试结果之间的误差在±3%范围以内。

本文首先通过磁控溅射技术在单晶Si和Al2O3陶瓷衬底上分别依次沉积厚度为600 nm的Cu和Cu55Ni45薄膜，然后使用微加工技术在10 mm×10 mm的衬底区域内制备了200对串联的热电偶组成薄膜热电堆结构，最后采用反应溅射联合硬掩膜沉积了不同厚度的氧化铝热阻层，使串联的热电偶分别产生冷端和热端。根据Seebeck效应，在热流的作用下薄膜热电堆冷热两端的温差使传感器输出热电信号，实现对热流密度的测量。通过对薄膜热电堆的表征与标定，结果表明：沉积在Si衬底与Al2O3陶瓷衬底上的Cu/Cu55Ni45热电堆中，Cu膜粗糙度分别为20和60 nm，Cu55Ni45膜粗糙度分别为15和20 nm，电阻分别为38.2 Ω和2.83 kΩ，灵敏度分别为0.069 45和0.026 97 mV/(kW·m-2)。具有不同表面粗糙度的单晶Si衬底与Al2O3陶瓷衬底会影响在其表面沉积的Cu/Cu55Ni45热电堆表面粗糙度，进而导致薄膜热电堆产生电阻大小差异，此外，Cu/Cu55Ni45热流传感器的输出热电势与热流密度呈现良好的线性关系。

红外地球敏感器是卫星控制分系统的重要姿态测量部件，提供卫星相对于地球辐射圆盘俯仰和滚动方向的姿态信息。为进行新一代微型红外地球敏感器研制，开展了基于FPGA 的微型红外热电堆探测器空间应用研究，介绍了红外热电堆技术，采用探测器技术指标，对探测器的圆环效应、温度补偿、响应补偿、非均匀校正、盲元处理进行了研究，实现了红外地球敏感器图像处理系统的方案设计与FPGA 设计。测试结果表明，姿态测量偏差小于0.2?，基于FPGA 微型红外热电堆探测器设计，能够应用于卫星姿态测量，具有小型化、低功耗、低成本特点，具有替代传统机械扫描式红外地球敏感器潜力，具有广阔的应用前景。

MEMS热电堆传感器能够实现对温度的精确测量, 固晶工艺是其中关键一环, 但目前尚缺乏有效方法精确优化MEMS热电堆固晶工艺参数。本文介绍了热电堆传感器的工作原理, 提出了对固晶工艺参数(固晶厚度和爬胶高度)的要求。以固晶工艺要求为导向, 初步探究了压力参数对固晶工艺的影响并进行了压力参数的优化。在优化的压力参数下, 实验探究了点胶高度和贴片高度对固晶工艺的影响, 并缩小了两参数的选择范围。在此基础上, 通过有限元ANSYS软件, 分析在相同温度下, 不同固晶厚度的银浆与芯片接触处的热应力分布, 找出最佳的固晶厚度参数, 并精确优化了点胶高度和贴片高度。最后, 通过实验验证的方式, 对此参数下的MEMS热电堆固晶强度给出了检测结果。结果表明: 压力参数为0.3 MPa、点胶高度为140 μm、贴片高度为460 μm时, 固晶推力均值为43.14 N。其固晶质量最好, 能够满足固晶强度要求, 有助于提高MEMS热电堆芯片封装的可靠性与成品率。

提出了一种热电堆型太赫兹探测器的温度修正方法，此方法可以有效减少周围环境温度变化对探测器零点漂移和响应度等指标的影响。首先，我们用两个指标基本相同的热电堆探测器进行并联输出，其中一个作为主探测器，另一个作为参考探测器，有效减少了外界干扰引起的零点漂移。其次，我们在太赫兹探测器周围引入以温度传感器为主的温度补偿装置，通过FPGA控制实时获得周围环境的温度，并结合探测器的响应度修正系数以完成温度补偿。结果表明，零点漂移噪声由3.76 mV降到了0.49 mV，温漂引起的响应度变化量也从19.5 mV/W降低到了2.7 mV/W。此修正方法可以大幅降低温度噪声的影响，从而有效提高太赫兹探测器的性能。

针对传统激光功率计体积庞大、响应速度慢且检测精度难以保证的缺陷，提出了一种基于高性能黑硅MEMS热电堆的激光功率测试方法。该测试方法利用激光的热效应，以CO2激光器为被测激光光源，黑硅MEMS热电堆探测器为激光探测传感器。根据能量转换原理，热电堆吸收激光辐射的能量转换为自身热力学能，热力学能以电压的形式输入CMOS接口电路。通过TopView2000通用虚拟仪器应用软件采集和处理数据，获得激光功率相关数据。在室温条件下，对MEMS热电堆激光功率检测系统在不同占空比和不同出光时间的CO2激光照射下，进行重复实验。结果表明，在激光输出占空比为30%、总出光时间为150 ms条件下，系统热响应时间为14.92 ms，计算出激光功率值为23.01 W，测量相对偏差为0.55%，满足了实际应用中对激光功率高精度、低成本、低功耗、强便携性等的需求。

从热电堆红外探测器的检测电路设计入手,讨论了微弱信号的放大和调理方法,分析了热电堆探测器输出信号 的时频域特性和噪声,给出了各环节的实现电路并进行了仿真,分析了以前置放大器为主的模拟信号链的噪 声,并提出了噪声匹配的新方法,最终实现了微弱信号的测量。测试结果表明,本电路在噪声抑制和失调补 偿方面达到了理想的效果,最小可检测到3.5 μV的微弱直流信号变化,在红外光谱探测以及微弱直流信 号检测中可以有较广泛的应用。

提出了一种与 CMOS工艺兼容、高响应率、低噪声的微机械热电堆红外探测器。该结构热电偶数目为两对, 材料为 P/N型多晶硅, 吸收层材料为 TiN。采用较少热电偶对的方式来降低噪声, 引入共振谐振腔结构来提高红外吸收率。阐述了探测器的基本工作原理, 通过仿真得到其重要的性能参数, 并给出了器件具体的工艺流程, 对器件尺寸进行了优化。理论上, 其响应率大于 1000 V/W, 探测率大于 2×108 cmHz1/2W-1, 噪声等效温差小于 20 mK, 时间常数小于 10 ms, 电阻值小于 20 kΩ。

随着惯性约束聚变(ICF)激光驱动器的发展，激光光束口径逐渐增加，需要对大口径激光的能量进行精确测量.而目前国内ICF大口径激光能量测量的校准方式无法满足ICF激光装置功率平衡测量的精度要求(测量不确定度不大于2%)。为解决此问题，提出了一种新型的电校准技术，以Bi2Te3-Sb2Te3构成的半导体热电堆作为能量转换器件，进行了以电能量替代激光能量来实现对体吸收型激光能量计的校准技术研究，初步完成了光能量测量和电能校准的理论模型。理论分析结果表明，在室温环境下，使用电加热校准和激光加热校准在热力学上具有等效性，并通过初步的实验，论证了电加热校准技术应用的可行性。

报道了一种与 CMOS工艺兼容的微机械热电堆红外探测器。提出了具有一对热电偶的两层悬浮结构，其占空因子达到 80%以上，并采用 P/N多晶硅作为热电偶材料，黑硅作为吸收层材料。给出了器件的工作原理，对性能优化与制作的工艺流程进行了分析，结合所选材料的基本参数，得到了优化后的结构尺寸。通过理论计算，可以获得响应率大于 1000 V/W，探测率大于 1×108 cmHz1/2W-1，时间常数小于 40 ms，噪声等效温差小于 30 mK的性能优良的热电堆红外探测器。该器件的吸收层位于结构中的顶层，金属布线位于底层，便于与后续电路集成。单元大小为 25 μm×25 μm，有利于制作非制冷红外焦平面阵列。