基于光谱共焦的压电陶瓷d15参数测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于光谱共焦的压电陶瓷d15参数测量装置以及方法。该装置包括光源、分光镜、色散透镜组、横向位移台、纵向位移台以及光谱信号处理模块。待测试的压电陶瓷叠堆设置于横向位移台和纵向位移台之间，从光源发出的光经过分光镜后到达色散透镜组，经色散透镜组入射到横向位移台，经过横向位移台反射回色散透镜组，经过分光镜透射返回光谱信号处理模块进行处理，从而求得横向位移台的位移值，将该位移值同施加的给定电压相除求得压电陶瓷叠堆的d15参数。本发明专利技术技术方案采用光学测试方法可以直接测量其逆压电效应，同时可以达到纳米级的测量精度，同时不需要对被测件进行任何处理。

D15 parameter measurement device and method of piezoelectric ceramics based on spectral confocal

【技术实现步骤摘要】
基于光谱共焦的压电陶瓷d15参数测量装置及方法
本专利技术涉及压电陶瓷性能参数测量领域，具体涉及一种基于光谱共焦的压电陶瓷d15参数测量装置及方法。
技术介绍
近年来，随着大规模集成电路器件集成度不断提高，对于超大规模集成电路的需求不断提高，制造超大规模集成电路的设备光刻机的需求相应提高，其中的关键零部件投影物镜非常复杂，对其像差的要求很严格，其中若干镜片需要通过压电陶瓷电机来调节其亚纳米量级的自由度来调节高阶像差，满足光刻需要。压电陶瓷电机的核心部件即为压电陶瓷，对压电陶瓷的性能测试需求逐年提升。压电陶瓷d15参数是指当施加电压方向与其极化方向垂直时，压电陶瓷的运动方向与其施加电压方向垂直，其运动位移和施加电压的比例常数。某专利所提出的测量压电材料压电系数d15的准静态方法是通过测量悬臂梁准静态工作状态下的振动加速度和输出电荷，通过原理模型估算出压电系数d15的。某专利所提出的测量压电材料压电系数d15的动态谐振方法是通过正压电效应对压电材料施加一定的压力所得到的电压响应，进而求出压电系数d15。上述两种方法均经过一系列的公式转换才得到最终所求的d15参数，需要一种直接测量其运动位移而不需要经过运算转换的方法。同时上述方法的测量精度同施加的力有关系，无法达到纳米级的精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于光谱共焦的压电陶瓷d15参数测量装置和及方法，以解决上述现有技术中存在的问题。为了解决上述问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于光谱共焦的压电陶瓷d15参数测量装置，所述测量装置包括光源、分光镜、色散透镜组、横向位移台、纵向位移台以及光谱信号处理模块，待测试的压电陶瓷叠堆设置于所述横向位移台和所述纵向位移台之间，从光源发出的光经过所述分光镜后到达所述色散透镜组，经所述色散透镜组入射到所述横向位移台，经过所述横向位移台反射回所述色散透镜组，经过分光镜透射返回光谱信号处理模块进行处理，从而求得所述横向位移台的位移值，将该位移值同施加的给定电压相除求得压电陶瓷叠堆的d15参数。在一个实施例中，所述装置还包括安装架，所述安装架包括导轨，所述横向位移台和所述纵向位移台安装于所述导轨上，且所述横向位移台能够沿垂直于所述导轨的方向运动，所述纵向位移台能够沿所述导轨的方向运动。在一个实施例中，所述安装架包括上基座、下基座以及光学导轨，所述光学导轨安装于所述上基座与下基座之间，所述纵向移台安装于所述光学导轨的上部，以及所述横向位移台安装于所述光学导轨的下部。在一个实施例中，所述测量装置还包括扩束准直透镜组，所述扩束准直透镜组设置于所述光源与所述分光镜之间。在一个实施例中，所述分光镜为偏振分光镜，所述测量装置还包括偏振片，所述偏振片设置于所述扩束准直透镜组与所述偏振分光镜之间并用于将所述扩束准直透镜组扩束后的自然光转换为线偏振光，再经过所述偏振分光镜全部反射至所述色散透镜组中。在一个实施例中，所述测量装置还包括四分之一波片，所述四分之一波片设置于所述偏振分光镜与所述色散透视组之间。在一个实施例中，所述测量装置还包括光学组件壳体，所述光源、分光镜、色散透镜组以及光谱信号处理模块安装于所述光学组件壳体内。在一个实施例中，所述光学组件壳体安装于所述光学组件支座上，所述光学组件支座与所述安装架并排布置。在一个实施例中，所述光学组件壳体设有通孔，离开所述色散透镜组的光线从所述通孔入射到所述横向位移台上。在一个实施例中，所述光学导轨上设有横向位移台安装座，所述横向位移台安装座安装于所述光学导轨上并可以沿所述光学导轨上下滑动，所述横向位移台安装座上设有锁定件，通过所述锁定件可以将所述横向位移台安装座固定在所述光学导轨上。根据本专利技术的另一方面，提供了一种测量压电陶瓷d15参数的方法，所述方法包括使用上述的测量装置来进行测量，其中，所述方法包括以下步骤：步骤一、将待测压电陶瓷叠堆放置于所述横向位移台和所述纵向位移台之间，调整所述横向位移台和所述纵向位移台使所述压电陶瓷叠堆与所述横向位移台和所述纵向位移台之间均为静摩力作用；步骤二、对所述压电陶瓷叠堆施加给定电压；步骤三、开启光源，通过光谱信号处理模块求得所述横向位移台的位移值；步骤四、将上述位移值同施加的给定电压相除求得所述待测压电陶瓷叠堆的d15参数。在一个实施例中，对压电陶瓷叠堆施加电压时按从零至额定电压呈阶梯上升的方式施加。传统d15参数测试方案采用力学方法获得其正向压电效应进而求得d15参数，由于力的施加精度不容易控制和保证，而本专利技术技术方案采用光学测试方法可以直接测量其逆压电效应，同时可以达到纳米级的测量精度，同时不需要对被测件进行任何处理，光谱共焦位移传感器适用于任何表面，大大简化了测量的复杂度。附图说明图1示出在本专利技术第一实施例的基于光谱共焦的压电陶瓷d15参数测量装置的示意图。图2是示出本专利技术第二实施例的基于光谱共焦的压电陶瓷d15参数测量装置的示意图。图3是本专利技术的基于光谱共焦的压电陶瓷d15参数测量装置的一种实施方式的立体示意图；图4是本专利技术的基于光谱共焦的压电陶瓷d15参数测量装置的一种实施方式的另一立体示意图。图5是横向位移台的立体图。图6是横向位移台的主视图。图7是横向位移台沿图6中的线A-A剖开的剖视图。图8是横向位移台的仰视图。图9是横向位移台的侧视图。图10是横向位移台安装在光学导轨上的立体示意图。图11是图3和图4的光学组件壳体的内部示意图。具体实施方式以下将结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本专利技术的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本专利技术范围的限制，而只是为了说明本专利技术技术方案的实质精神。在下文的描述中，出于说明各种公开的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种公开实施例的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况下来实践实施例。在其它情形下，与本申请相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置“在一个实施例中”或“在一实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。在以下描述中，为了清楚展示本专利技术的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。图1示出在本专利技术第一实施例的基于光谱共焦的压电陶瓷d15参数测量装置(下文简称测量装置)的示意图。如图1所示，测量装置100包括宽光谱光源301、扩束准直透镜组302、分光镜303、色散透镜组304、横向位移台2020、剪切式运动压电陶瓷叠堆306、纵向位移台307、光谱信号处理模块308。其中宽光谱光源304应具有在可见光范围内的宽光谱，这是为了保证其测量范围。剪切式运动压电陶瓷叠堆(下文简称压电陶瓷叠堆)306安装在横向位移台20和纵向位移台307之间，由纵向位移台307的自重作用将剪切式运动压电陶瓷叠堆306固定，确保剪切式运动压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光谱共焦的压电陶瓷d15参数测量装置，其特征在于，所述测量装置包括光源、分光镜、色散透镜组、横向位移台、纵向位移台以及光谱信号处理模块，待测试的压电陶瓷叠堆设置于所述横向位移台和所述纵向位移台之间，从光源发出的光经过所述分光镜后到达所述色散透镜组，经所述色散透镜组入射到所述横向位移台，经过所述横向位移台反射回所述色散透镜组，经过分光镜透射返回光谱信号处理模块进行处理，从而求得所述横向位移台的位移值，将该位移值同施加的给定电压相除求得压电陶瓷叠堆的d15参数。

【技术特征摘要】
1.一种基于光谱共焦的压电陶瓷d15参数测量装置，其特征在于，所述测量装置包括光源、分光镜、色散透镜组、横向位移台、纵向位移台以及光谱信号处理模块，待测试的压电陶瓷叠堆设置于所述横向位移台和所述纵向位移台之间，从光源发出的光经过所述分光镜后到达所述色散透镜组，经所述色散透镜组入射到所述横向位移台，经过所述横向位移台反射回所述色散透镜组，经过分光镜透射返回光谱信号处理模块进行处理，从而求得所述横向位移台的位移值，将该位移值同施加的给定电压相除求得压电陶瓷叠堆的d15参数。2.根据权利要求1所述的压电陶瓷d15参数测量装置，其特征在于，所述装置还包括安装架，所述安装架设有导轨，所述横向位移台和所述纵向位移台安装于所述导轨上，且所述横向位移台能够沿垂直于所述导轨的方向运动，所述纵向位移台能够沿所述导轨的方向运动。在一个实施例中，所述安装架包括上基座、下基座以及光学导轨，所述光学导轨安装于所述上基座与下基座之间，所述纵向移台安装于所述光学导轨的上部，以及所述横向位移台安装于所述光学导轨的下部。3.根据权利要求1所述的压电陶瓷d15参数测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括扩束准直透镜组，所述扩束准直透镜组设置于所述光源与所述分光镜之间。4.根据权利要求3所述的压电陶瓷d15参数测量装置，其特征在于，所述分光镜为偏振分光镜，所述测量装置还包括偏振片，所述偏振片设置于所述扩束准直透镜组与所述偏振分光镜之间并用于将所述扩束准直透镜组扩束后的自然光转换为线偏振光，再经过所述偏振分光镜全部反射至所述色散透镜组中。5.根据权利要求4所述的压电陶瓷d15参数测量装置，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓峰，郝凌凌，陈庆生，康华洲，王振华，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：发明
国别省市：广东,44