本发明专利技术公开了一种测量薄膜材料电光系数的装置及方法，属于电子信息材料测试领域。本发明专利技术通过薄膜分析仪、计算机、可控电压源和测试箱搭建测试平台，基于干涉原理测得薄膜材料的干涉光强随入射波长改变的实际吸收光谱曲线，然后采用计算机软件进行分析得到薄膜材料在目标电压下的折射率n，通过调整目标电压变化，获得薄膜材料折射率随直流电压变化的曲线，通过数据拟合即可得到薄膜材料的电光系数。本发明专利技术通过非接触式测量能够在不破坏薄膜表面的情况下测得薄膜材料电光系数，测量精度高，在电光系数的测量领域中有较好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种测量薄膜材料电光系数的装置及方法
本专利技术属于电子信息材料测试
，具体涉及一种测量薄膜材料电光系数的装置及方法。
技术介绍
电光调制的物理基础是电光效应，即某些晶体在外加电场的作用下，其折射率将发生变化，当光波通过此介质时，其传输特性就会受到影响而改变，这种现象称为电光效应，它的表征即为电光系数。薄膜材料的电光系数在光电子器件以及无线光通信领域中应用广泛。为了改进和指导光学材料的制作与生产工艺，如何快速准确地测量薄膜材料的电光系数成为相关领域的研究难点。传统的测量方法主要有：(1)在光电器件上外加调制电压，采用耦合的方法将TM或者TE模式的激光耦合到待测样品薄膜中，测量出在调制电压的作用下，激光的相位移动，进而计算出薄膜材料的电光系数。然而采用该测量方法需将待测样品材料做成波导结构，制作工艺复杂。(2)采用马赫-曾德尔干涉法测量，需要实时控制调节激光的偏振态，对干涉臂工作点的调节十分复杂。(3)直接测量光强法：要求实现45°PSA调制电路，实际测量时有一定难度。以上传统的测量方法大都采用光偏振技术，仪器要求严格，样品测试复杂，无法实现对薄膜电光系数的快速简便的测量。因此，亟需一种快捷、简便、直接且具有高测量精度的薄膜材料电光系数的测量装置及测量方法。
技术实现思路
鉴于现有技术的需求，本专利技术的目的在于：提供一种能够直接快速测量且测量精度高的薄膜材料电光系数的装置及测量方法。为实现上述目的，本专利技术提供如下两个技术方案：一方面本专利技术公开了一种薄膜材料电光系数的测量装置，包括：薄膜分析仪，所述薄膜分析仪包括工作台、光源、Y型光纤、干涉光谱仪以及计算机，Y型光纤的两个光纤臂分别与光源及干涉光谱仪相连，干涉光谱仪与计算机相连，其特征在于，还包括测试单元，所述测试单元包括待测样品和与待测样品电连接的可控电压源，其中：待测样品置于工作台上，Y型光纤的共同端设于待测样品上方，使得光源发出的光束通过Y型光纤入射到工作台上的待测薄膜表面。本专利技术中待测样品是将待测薄膜沉积在金属基底上形成均匀薄膜，并在待测薄膜表面设置电极。本专利技术中还包括测试箱，所述测试箱中设置有测试腔体，测试腔体中设置有用于放置待测样品的样品台。进一步地，本专利技术的测试箱上设有进气口和通光口，所述进气口和通光口分别与测试腔体连通，进气口用于通入惰性气体，通光孔设于Y型光纤的共同端下方，与待测样品的位置相对应。本专利技术薄膜分析仪还包括波长准直器，所述波长校准器的光束入口端与Y型光纤的共同端相连，其光束出口端位于通光口上方，通光口与波长准直器的光束出口尺寸相一致。另一方面本专利技术公开了一种测量薄膜材料电光系数的方法，包括以下步骤：步骤A：将待测薄膜沉积在金属基底表面形成均匀薄膜，在待测薄膜表面设置电极作为顶电极，得到待测样品；步骤B：将测试箱置于工作台，测试箱中设置有测试腔体，测试腔体中设置有用于放置待测样品的样品台，测试箱体上设有进气口和通光口，所述进气口和通光口分别与测试腔体连通；将Y型光纤的两个光纤臂分别与光源及干涉光谱仪相连，干涉光谱仪与计算机相连；将Y型光纤的共同端设于通光口上方，通光口与样品台的位置相对应，使得光源发出的光束通过Y型光纤由通光口入射到样品台上的待测薄膜表面；然后将步骤A制得的待测样品放置于样品台上，将顶电极和金属基底形成的底电极通过引线与可控电压源连接；通过进气口向测试腔体中充入惰性气体；步骤C：开启可控电压源，并通过可控电压源设定加载于待测样品两端的目标电压，待电压稳定后，开启薄膜分析仪，使得光源发出的探测光经Y型光纤垂直入射到测试腔体中的待测样品上，在待测薄膜的上下界面产生的反射光后，经Y型光纤的另一光纤臂进入干涉光谱仪；步骤D：利用计算机实时采集并记录两束反射光形成的干涉光谱曲线，并用软件对记录的反射光干涉光谱进行分析，从而得到目标电压下薄膜材料的光学常数折射率n；步骤E：调节可控电压源控制加载于待测样品两端的目标电压，待电压稳定后，重复步骤C至D，直到所有所需的电压值对应的折射率值均测得，结束测试，停止通入惰性气体，并关闭薄膜分析仪；将不同目标电压下对应的薄膜材料折射率保存下来，采用软件拟合得到薄膜材料折射率随直流电压变化的线性图，其中：横坐标为待测薄膜两端的电场强度，纵坐标为待测薄膜材料的折射率n，所述线性图中斜率即为待测薄膜材料的电光系数。本专利技术中薄膜分析仪还包括波长准直器，所述波长校准器的光束入口端与Y型光纤的共同端相连，其光束出口端位于通光口上方，通光口与波长准直器的光束出口尺寸相一致。本专利技术中步骤D和步骤E之间还包括：步骤F：每个目标电压测试重复多次，并保存结果，剔除错误值后取平均值以作为目标电压下薄膜材料的折射率n。本专利技术中探测光的波长可调范围为200～1700nm。本专利技术中可控电压源的电压调节范围为0～400V。相比现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术搭建的测量装置能够方便快速获得在不同直流电压下薄膜材料的折射率，通过数据拟合能够测量得到电光参数，并且测量精度高，测量成本低廉且易于实现，因此在电光系数的测量领域中有较好的应用前景。附图说明图1是本专利技术的测量装置的结构示意图；图2是本专利技术的F20薄膜分析仪结构示意图；图3是本专利技术的待测样品的结构示意图；图4是本专利技术的测量方法的流程示意图；图中，1是工作台，2是箱体，3是通光口，4是待测样品，5是F20薄膜分析仪，6是计算机，7是可控电压源，8是金属基底，9是待测薄膜，10是电极，11是波长准直器，12是Y型光纤，13是光源，14是干涉光谱仪。具体实施方式以下通过具体实施例并结合说明书附图对本专利技术进行详细说明：本专利技术提供一种薄膜材料电光系数的测量装置，如图1所示，包括薄膜分析仪5和测试单元，其中，测试单元包括待测样品4和与待测样品4电连接的可控电压源7，进一步地，根据待测薄膜材料的不同，测试单元所需环境有所差异，为避免薄膜材料发生化学反应，测试单元还包括置于工作台1上的测试箱2，所述测试箱2中设置有测试腔体，测试腔体中设置有用于放置待测样品4的样品台；进一步地，测试箱2上设有进气口和通光口3，所述进气口和通光口3分别与测试腔体连通，进气口用于通入惰性气体以提供惰性环境，通光口3与样品台的位置相对应；如图2所示，所述薄膜分析仪5包括工作台1、光源13、Y型光纤12、干涉光谱仪14以及计算机6，Y型光纤12的两个光纤臂分别与光源13及干涉光谱仪14相连，干涉光谱仪14与计算机6相连；结合图1和图2，Y型光纤12的共同端设于待测样品4上方，使得光源13发出的光束通过Y型光纤12入射到工作台上的待测薄膜9表面；本实施例设置有测试箱2，应调节Y型光纤12的共同端于通光口3上方，使得光源13发出的光束通过Y型光纤12由通光口3入射到样品台上的待测薄膜9表面。如图3所示，本专利技术中待测样品4是将待测薄膜9沉积在金属基底8上形成均匀薄膜，并在薄膜表面设置电极10；电极10作为顶电极，金属基底8作为底电极，通过引线从测试箱2穿过以连接可控电压源7，通过调节可控电压源7，能够在待测薄膜材料两端形成可变电场。其中：金属基底8可以选择导电性强的金、银、铜、铂等金属材料，利用金属基底8的优良导电性可使得可调电压源7的电压充分加载在待测薄膜9的两端，形成匀强电场。在实际测试前，将本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种薄膜材料电光系数的测量装置，包括薄膜分析仪(5)，所述薄膜分析仪(5)包括工作台(1)、光源(13)、Y型光纤(12)、干涉光谱仪(14)以及计算机(6)，Y型光纤(12)的两个光纤臂分别与光源(13)及干涉光谱仪(14)相连，干涉光谱仪(14)与计算机(6)相连，其特征在于，还包括测试单元，所述测试单元包括待测样品(4)和与待测样品(4)电连接的可控电压源(7)，其中：待测样品(4)置于工作台(1)上，Y型光纤(12)的共同端设于待测样品(4)上方，使得光源(13)发出的光束通过Y型光纤(12)入射到工作台上的待测薄膜(9)表面。
【技术特征摘要】
1.一种薄膜材料电光系数的测量装置，包括薄膜分析仪(5)，所述薄膜分析仪(5)包括工作台(1)、光源(13)、Y型光纤(12)、干涉光谱仪(14)以及计算机(6)，Y型光纤(12)的两个光纤臂分别与光源(13)及干涉光谱仪(14)相连，干涉光谱仪(14)与计算机(6)相连，其特征在于，还包括测试单元，所述测试单元包括待测样品(4)和与待测样品(4)电连接的可控电压源(7)，其中：待测样品(4)置于工作台(1)上，Y型光纤(12)的共同端设于待测样品(4)上方，使得光源(13)发出的光束通过Y型光纤(12)入射到工作台上的待测薄膜(9)表面。2.根据权利要求1所述一种薄膜材料电光系数的测量装置，其特征在于，所述待测样品(4)是将待测薄膜(9)沉积在金属基底(8)上形成均匀薄膜，并在待测薄膜(9)表面设置电极(10)。3.根据权利要求1所述一种薄膜材料电光系数的测量装置，其特征在于，还包括测试箱(2)，所述测试箱(2)中设置有测试腔体，测试腔体中设置有用于放置待测样品(4)的样品台。4.根据权利要求3所述一种薄膜材料电光系数的测量装置，其特征在于，测试箱(2)上设有进气口和通光口(3)，所述进气口和通光口(3)分别与测试腔体连通，进气口用于通入惰性气体，通光孔(3)设于Y型光纤(12)的共同端下方，与待测样品(4)的位置相对应。5.根据权利要求1至4任一项所述一种薄膜材料电光系数的测量装置，其特征在于，还包括波长准直器(11)，所述波长校准器(11)的光束入口端与Y型光纤的共同端相连，波长校准器(11)的光束出口端位于通光口(3)上方，通光口(3)与波长准直器(11)的光束出口尺寸相一致。6.一种测量薄膜材料电光系数的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A：将待测薄膜(9)沉积在金属基底(8)表面形成均匀薄膜，在待测薄膜(9)表面设置电极(10)作为顶电极，得到待测样品(4)；步骤B：将测试箱(2)置于工作台(1)，测试箱(2)中设置有测试腔体，测试腔体中设置有用于放置待测样品(4)的样品台，测试箱(2)上设有进气口和通光口(3)，所述进气口和通光口(3)分别与测试腔体连通；将Y型光纤(12)的两个光纤臂分别与光源(13)及干涉光谱仪(14)相连，干涉光...
【专利技术属性】
技术研发人员：万郑贿，张亚磊，李金成，王乾丰，刘爽，张尚剑，刘永，钟智勇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51
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