固体光学-晶体光学7资料课件.ppt

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1、晶体性质的测量与研究方法舞圣呵评祝洼下束刷同勘冤箱扬胎蚌牡程俱道羹药丈拌埔寥秃重炎涸其渗固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学71一.光学性质测量 1.折射率 2.光学透过性 3.电光性能 4.光折变性质、5.介电参数的测量二.铁电性质电滞回线测量三.介电性质四.压电性质测量 1.准静态法 2.光学相干法 3.谐振反谐振法五.热释电性质晶体性质的测量与研究方法鳖抵捍渠悠云柬盗抬喊茸抖盒汝磷挝均铂际拿质帕局唬流严绿妓术艰庆平固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学72折射率(最小偏向角法)光学性质测量此方法采用的设备为分光计。如右图所示，AB 和AC 是透光的光学表面，又称折射面。三棱镜的顶角a可

2、采用反射法测量。一束平行光入射于三棱镜，经过AB 面和AC 面反射的光线分别沿T3和T4方位射出，T3和T4方向的夹角记为q。由几何学关系可知，a q/2(T4-T3)/2。缮泵微惫砌副鳖裔缸揭凸濒哨缕存委拥跳碰喝易赵弓鲤陛拧拢颇喇彤戚碉固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学73折射率(最小偏向角法)光学性质测量一束单色平行光入射到棱镜上，经两次折射后射出，入射光与出射光间的夹角d 称为偏向角。转动三棱镜，固定入射光，则偏向角d 发生变化。沿偏向角减小的方向继续转动三棱镜，使偏向角逐渐减小。当转到某个位置时，若再继续沿此方向转动，偏向角又将逐渐增大，此位置对应的偏向角便是最小偏向角dmin。填

3、敢慕瞪士引蔚姬曳硒久与丁吟语庚纵标俩豺蛤艾窖靡碎巢扇伊丈拘炼祈固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学74棱镜材料的折射率n与顶角a 及最小偏向角dmin的关系式折射率(最小偏向角法)光学性质测量对于单轴晶体，切割棱镜时使厚度沿着光轴方向。两个不同主折射率的测量，可通过入射光的偏振方向来实现。入射光的偏振方向与光轴方向平行，则测得的折射率为非寻常光的折射率ne；入射光的偏振方向与光轴方向垂直，则测得的折射率为寻常光的折射率no。大砖酚砷遏滔鹃罗目躬微街锈摇驼例疾疤钠疆到扮四庄咒艾咨勃派晃粟臂固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学75椭圆偏振仪根据偏振光束在介面表面反射时出现的偏振态变化来研究材料

4、光学性质。椭偏仪对样品要求不高，测量薄膜和块材样品的折射率n，消光系数（extinctioncoefficient）k、厚度d（主要指薄膜样品）等有关参数，具有较灵敏、精度较高、使用方便等优点，而且是非破坏性测量。椭偏法测量的基本思路是：起偏器产生的线偏振光经取向一定的1/4 波片后成为椭圆偏振光，把它投射到待测样品表面时，只要起偏器取适当的透光方向，被样品表面反射出来的将是线偏振光。根据偏振光在反射前后的振幅和相位变化，便可以确定样品表面的光学特性。折射率(椭圆偏振仪)光学性质测量面繁牺氮砖炙柏疑题薄萍最钓诈瘩乱浩蝴缝奎酋掉觅躇岂锡扦膊徒彬播撰固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学76椭偏仪

5、组成部分：(1)光源。大多选用Xe 或Hg-Xe 灯，其强度从紫外(190nm)到近红外近似为常数；(2)偏振器。能将任何偏振态的光变成线偏振光。目前常用格兰泰勒（方解石）偏振器；(3)1/4 波片。可将线偏振光变为椭圆偏振光；(4)光束调制器。为方便探测，用于光强调制；(5)探测器。主要有光电倍增管、硅光电池和InGaAs 等。折射率(椭圆偏振仪)光学性质测量法国Jobin-Yvon公司生产的UVISEL/460型光谱椭偏仪 扇汾荐滚鸡垒东居旋殴惩侄僵隔我杂寓恭牢容闰搜热避招报匿卑蔓欢肆甸固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学77折射率(棱镜耦合器)光学性质测量棱镜耦合器是基于全反射原理进行

6、工作的。如图所示，把样品的一个抛光面紧贴在棱镜面上。入射光进入样品时，以不同的入射角q 连续扫描，测量反射光线的强度。当到达全反射角qc时，入射光线在全反射和折射间发生转化，此时，反射光线的强度发生剧烈变化。棱镜的折射率np已知，只要测量出qc的值，根据n=npsinqc，就可以很容易地得到待测样品的折射率n的结果。遏铜医道觉啥鲜撒沧止蔑背拽仁菲展眺惧缩诬俱腾察浚侥东矿痪矣店酸蝶固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学78折射率(棱镜耦合器)光学性质测量棱镜耦合器可以提供TE（S 偏振光，电场振动方向垂直于入射平面）和TM（P 偏振光，磁场振动方向垂直于入射平面，电场振动方向平行于入射平面）两种

7、测量模式，很容易表征光学性能的各向异性，即可以测量样品的双折射。美国的Metricon公司生产的2010型棱镜耦合器张尿初腐芯娱慈床俗搭癸绎去爷锡锗歧梳佳质盯花紫肥利倡蔷同倪梗宝匡固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学79折射率(测量方法比较)光学性质测量最小偏向角法优点：可测量晶体双折射（即no和ne），测量设备简单；缺点：棱镜样品加工麻烦。椭圆偏振仪优点：波长可从紫外到近红外连续变化，测量速度快；缺点：只能测量单一折射率，适用于各向同性材料。棱镜耦合器优点：可测量晶体双折射，测量速度快；缺点：光源只能采用激光，波长有限。镜纺蜕颖蛇蚀抨要疑挽语彻霸盾瑚扩忍涕巾它出明梢清挟坟钾沼带境焊糟固体光

8、学-晶体光学7固体光学-晶体光学710Sellmeier 方程M.DiDomenico et al,J.Appl.Phys.40(1)(1969)720折射率(研究方法)光学性质测量此方程中的Ai、Bi、Ci、Di没有物理意义。单项Sellmeier 关系S0为平均振子强度，l0为平均振子位置，Ed为色散能量，E0为单个阵子能量。Wemple 和Didomenico 研究了大量氧八面体结构的铁电体，定义出折射率色散参量E0/S0，发现具有氧八面体的铁电体折射率色散参量值很相近，即E0/S0=60.510-14eVm2。郸活殆毒荐石轿上岗客疯笋衫拍冬叶俩啦炎通枚嗽咳宾母怔亨擅旧烽狸恫固体光学-晶

9、体光学7固体光学-晶体光学711光学性质测量紫外/可见/近红外分光光度计(UV-Visible-NIRSpectrophotometer)光学透过性(测量设备)如日本JASCO 公司生产的V-570 型光度计，测量波长范围为1902500nm如美国热电（ThermoElectron）公司的Nexus870 型红外光谱仪，测量范围为2.525m。傅立叶变换红外光谱仪(FT-IRspectrophotometer)绊苏琉秤炉绣笼垒潜陪巢楚站灼册巴嘴炭脑韵笆拇豫否郝乱捆豁提拳疫麻固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学712光学性质测量光学透过性(禁带宽度)吸收系数吸收系数与晶体禁带宽度的关系为t 为

10、晶体厚度，T 为透射率，R 为反射率双面抛光的晶体的反射率为R=(n-1)2/(n2+1)式中A 是常数，Eg表示允许跃迁的光学带隙。n由吸收过程中电子跃迁方式决定。本征跃迁有直接跃迁和间接跃迁两种方式，当n=1/2 时，表示直接跃迁，n=2 时，表示间接跃迁。J.Tauc,Optical Properties of Solids,New York:Academic Press,1966A.El-Korashy et al,Physica B 304(2001)437棺千畅韦丸厅奖任稚鞋皖韦陌善廖填瓣失招叔慨颜饮幅剪诡狸秩姓砌撩枪固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学713起偏器信号发生器样品

11、示波器1/4波晶片透镜 检偏器 激光功率计4545 a激光器 计算机透镜在外加电场的作用下，晶体折射率发生变化的现象称为电光效应。对于单轴晶体，则有光学性质测量有效电光系数(单轴晶体)l=1,2,3,4,5,6采谭程绍蛹作伯枚稼遇拂骤陇星窥抒残鸣穗绚冉颤宿欢柱蚂苑碍名膝史锅固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学714动态(交流电压)法测量要比静态(直流电压)法精确，因此测量时选择了一个交流电压V=Vmsinwmt，它在晶体中产生的相位延迟为光学性质测量有效电光系数(单轴晶体)整个测试系统的相位延迟为G(0)表示单晶的自然双折射引起的相位差，实际测量时，可调节检偏器方向角 使2=G(0)。则整个

12、测试系统光路透过率可表示为系统中输出光强变化由样品电光效应所引起的相位差G(E)决定。(1)(2)(3)燃灾捎判巷惑引踌妥滤抿项寐洛半磕箔九五侨傈哀窄幌狱姬详凌莽郴察摸固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学715图中给出了输出光强随相位延迟的变化关系光学性质测量有效电光系数(单轴晶体)测试时要把工作点定在最大线性工作点处，也就是相位延迟为p/2 的地方。测试光路中的1/4 波片，可以起到这个作用。利用贝塞尔函数处理(3)式，可知(4)懒索醒且劈秒膏砌侮付象殉盖盒频条碱症侄癌赐赣荤鳞弓肉大试奈糖供捉固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学716在实际测量时，光信号转化成电信号，测量相应的电压值表示

13、出它的强弱。如果用S0表示光电探测系统的转化系数，则有光学性质测量有效电光系数(单轴晶体)和由式(4)(5)可知电光效应引起的相位延迟为对于单轴晶体，根据电场下折射率椭球变化情况，可得知由电光效应引起的相位延迟为L 为光波经过晶体的长度，E 为电场强度，gc为有效电光系数，d为介质电极间的厚度。(5)(6)(7)鹤屡陶找维淳式运州喝恰鲜肚奈馁癣敏汇沪葬珐政瘟页乒临颜坦希菇碧氨固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学717光学性质测量有效电光系数(单轴晶体)可以得到所测样品有效电光系数由式(6)和(8)可得(8)(9)M.Aillerie et al,Appl.Phys.B 70(2000)317

14、憨嘘贝饿妥寡察隧啪愿陡辐盯愿奄射茶锑末堵骋腋酱俘救捂砰埃贼散击钞固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学718光学性质测量有效电光系数(各向同性晶体)在各向同性晶体有效电光系数的测量中，检偏器的通光方向与起偏器相互垂直，其它元件配置不变。起偏器信号发生器样品示波器1/4波晶片透镜 检偏器 激光功率计4545激光器 计算机透镜狞丰申符坝恍汲寺察疥帚堕扛泌灰赐阶幂幅叫么轿理彤么忌汲彪讶慌甲氏固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学719光学性质测量有效电光系数(各向同性晶体)对于各向同性的晶体，电场下晶体折射率椭球变化为i,j=1,2,3各向同性晶体的有效电光系数测量方法与单轴晶体相同，只是电光系数的

15、表达式变为蝉种脑盘溪唾状墩帚舱呼蓝懈号昼虎曝狞棕陵介笨甭霖傀斟唬鞍面喂化模固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学720二波耦合光路当IRIS时，增益系数He-Ne激光器分束器+C轴反射镜反射镜晶体ISIR2q快门可调衰减器功率计光学性质测量光折变性质(测试光路)假设光栅已经建立，以再现光读出光栅，则衍射效率定义为Ir(L)和Is(0)分别是衍射光和读出光的强度流袖赦薄祝毖彦用滁窑镁羌素俞式沮盲桑街冶战崇网澡枫俯账默叫保忻踞固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学721当等光强的R 光和S 光在晶体中写入光栅后，关掉其中一束，写入的光栅便会被擦除。在擦除过程中，擦除光与它的衍射光在晶体内发生干涉，

16、从而写入新光栅，新旧光栅之间的相互作用将影响擦除速率。判断光激载流子类型的方法为，在上面的光路中，如果R光比S 光擦除得慢，则说明能量由R 光转移到S 光，能量转移方向与晶体光轴方向相同，这时光激载流子以空穴为主；如果S光比R 光擦除得慢，则说明能量由S 光转移到R 光，能量转移方向与晶体光轴方向相反，这时光激载流子以电子为主。光学性质测量光折变性质(光激载流子)D.L Staebler et al,J.Appl.Phys.43(3)(1972)1042漓跺踏冬蔑荤具咀睦旦羔懂裴嘘束扶棚操伞潦背滞曰涟层狱霖绘桑罚改略固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学722写入光栅的过程中，衍射再现的信号光

17、强按照公式A(1-exp(-t/tr)进行拟合；擦除过程中，则按照公式Bexp(-t/te)进行拟合，这里的A 和B 为常量，tr和te分别是光栅写入和擦除时间。光学性质测量光折变性质(响应时间)某晶体折射率光栅写入和擦除过程中衍射光强度随时间变化关系C.Yang et al,Appl.Phys.Lett.74(10)(1999)1385赡敢辱障俞雹歪构恨旺钡满瓶舟衅高颓岩蝉萍闻宠藕苞哮现市娜怨坠芯讼固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学723G=Asinq/(1+B-2sin2q)(cos2qi/cosqi)晶体的增益系数G与晶体外光束夹角2q的关系光栅形成速率1/t与总光强I0的关系光学性

18、质测量光折变性质(常用公式)cos2qi/cosqi值变化较小，通常小于8%，进行理论拟合时可以忽略此项。为简化数据分析，通常假定电子和空穴的竞争因子x(K)与波矢K 无关。噬表绸毙脆幢癸歧爽鸣澈盛男隧棚局智尘元世殊赘纠酉只结仪桥微回兜赘固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学724介电常数的测量 在 电 场 作 用 下，电 位 移 矢 量D 随 电 场 强 度E 的 变 化关 系 为 Di=0ijEj，式 中 ij称 为 介 电 常 数。影 响 介 电常 数 的 因 素 很 多，如 外 电 场 的 频 率、电 场 强 度、温度 等。在 人 们 研 究 介 电 材 料 的 介 电 性 与 上 述

19、 各 影 响因 素 关 系 的 同 时，发 展 了 很 多 种 测 量 介 电 常 数 的 方法，下图给出了适用于不同频率范围的测量方法。介电常数的测量及其频率范围娟琐忿睁氨样眯免螟保歉迅宋军陵券韩础呕段倚间继赎醋吗犁华账镐键露固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学725 对 介 电 常 数 的 测 量，一 般 通 过 测 量 电 介 质 的 电 容量 来 实 现。对 于 足 够 大 的 平 行 平 板 电 介 质 电 容 器，其电容可表示为：式中0是真空介电常数，是垂直于极板方向上的相对介电常数；A 为电极面积；d 为电极板间距，即电介质的厚度。在测量C 时，由于测量引线相夹具存在一恒电容C

20、o并与C 相并联，因此实际测得的电容量C测应为：凄拭肯洞卧珐宅斩炎疡介窝选博彩敷报钝霞寇婪绸瞥额宁渝帝与寨排璃悼固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学726频 率 较 低 时，测 量 电 容 的 工 作 可 由 电 桥 来 完 成。利用 不 同 结 构 的 电 桥，可 以 覆 盖 从0.01Hz 至150MHz的频率范围。上式的适用频率为1kHz。当 频 率 高 于10MHz 时，用 电 桥 法 测 量 介 电 常 数 的 精度 较 低，这 是 因 为 高 频 会 使 杂 散 电 容 增 加，因 此 在10MHz 至100MHz 的范围，通常使用谐振法。窘搀挚劣返俩唆哲曳千铺颓访塑牺妨宠煤祷冶

21、坡坯缝搐铬懦莽析呸速软洗固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学727谐振法测量电容量的原理如图所示，由标准电感Ls 和待测晶体电容C测组成振荡回路与高频传号发生器相耦合，调节频率使LC 回路谐振，电压表指示值为最大，被测电容为:皑左类弥壳拇燥改哼礼痢遥渍涛枪奇评荧胁捎傈效普奏辆晋亏微耕枕症脂固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学728晶体电光效应的研究介绍与一次电光效应有关的电光系数、半波电压和消光比的测试方法。加电场以后，折射率椭球变为谊韶摘屁濒镣冯率取被再巨囚羽侯瞧搬搁耘狭凸韵没腥梦跟邹腹例哎镐械固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学729KDP 类晶体的电光系数与半波电压的关系63 的纵

22、向效应引起的位相差为：补偿掉温度的影响讥滦柒牡羔呸蜀都餐鹃溶澜蔓靳挎丹零飞芯异筑图墩侵绣租茎柔砂壁阶盐固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学730如 果 晶 体 处 于 自 由 状 态，由 于 反 压 电 效 应 和 电 致 伸缩 效 应，外 电 场 会 引 起 晶 体 的 应 变，所 以，在 这 种情 况 下 测 得 的 电 光 系 数 已 经 包 括 了 弹 光 效 应 的 影 响，称 为 自 由 电 光 系 数(Tijk)，它 与 真 电 光 系 数 Sijk，(即应变等于零时的电光系数)的关系为:消 光 比 是 退 偏 度(当 线 偏 振 光 退 化 为 椭 圆 偏 振 光 时 其长、

23、短 轴 之 比 称 为 退 偏 度)的 倒 数，它 反 映 了 晶 体 的光 学 质 量。消 光 比 定 义 为 正 交 偏 振 干 涉 中 晶 体 的 最大透过光强与最小透过光强畔耕舒苗日汹迎调筷崔吻逝葱修悍聊陡瓦桔莹苟挫哈闲艾怪虏汰杨野疹媚固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学731实际测量时，可不断地改变外加电压，记录光强相应的变化，作出IV 曲线。曲线的峰值处所对应的电压即为半波电压Vn.词螺课氰鹰酪或东探莎绑渣刨蜒五等五屉怒匆磐巳铣邀舒淋房慷磐搓师桩固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学732一.光学性质测量 1.折射率 2.光学透过性 3.电光性能 4.光折变性质、5.介电参数的测

24、量二.铁电性质电滞回线测量三.介电性质四.压电性质测量 1.准静态法 2.光学相干法 3.谐振反谐振法五.热释电性质铁电性质榔蓉疤误除徘而鹅松浑南断盘矣漫朗罕胳拿县拉凑翻搓米曰沪述弓痹堑括固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学733铁电性质电滞回线(基本概念)在较强的交变电场作用下，铁电体的极化强度P 随外电场E 呈非线性变化，在一定温度范围内呈现滞后现象。如图所示，这个P-E 回线称为电滞回线。线段OA 代表的电场可使极化等于零，称为矫顽场Ec(coercivefield)。线段OB 代表的极化称为剩余极化Pr(remanentpolarization)。在图中FD 线段处，极化与电场成正比

25、，将FD 反向延长，交极化轴于C，OC 代表的极化称为自发极化Pr(spontaneouspolarization)。袖迸坛屏患竿穴匪朽做姓桃抢酶影贸孩目讥硬霖漫幸角萍纶对腹把心探芦固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学734铁电性质电滞回线(测量方法)图中为改进的Sawyer-Tower 电路。其中标准电容C0远大于试样电容Cx。晶体样品电容Cx一般小于5nF，C0可选为10mF。压敏电阻和稳压电阻可防止发生高压击穿现象。经过TL061 后的输出电压为C0两端电压的R1/R2倍，通过R1可调节电压放大倍数。孝割岂佃响亩村苔哀俗腆卞细检剐矛蠢冯夹雁垛新剥痘翔据若亏姿翱帕募固体光学-晶体光学7固

26、体光学-晶体光学735铁电性质电滞回线(测量方法)由于标准电容C0和试样Cx串联，二者瞬时电荷在任何时间总相等。假设标准电容器C0两端的电压为V1(t)，瞬时电荷为Q(t)；试样的电极面积为A，瞬时电位移为D(t)，瞬时电极化强度为P(t)，则有试样上的瞬时电极化强度P(t)可表示为测试过程中，只要测得电压V1(t)，便可得知P(t)。汹延狮葬滑潞莉握佬埠秽庐疽廷窍苇毅佯凭赦辉傅求常澈奄焰拉滇董锦挫固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学736铁电性质电滞回线(测量方法)测试系统中所需外部设备：(1)超低频信号发生器。可产生0.11Hz 的三角波信号。(2)高压放大仪。可将信号发生器的电压放大至

27、数千伏，其放大倍数根据测试材料的矫顽场选择，一般要求放大后的电压为-2000V+2000V。(3)信号采集设备。可选为示波器，也可经AD 数据采集卡后利用计算机采集。狡磋坯托过立侧天长拔碉亩蘸酗醚俄芬佰悠腕彬垒屡医系瓜饯断域泄呆般固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学737一.光学性质测量 1.折射率 2.光学透过性 3.电光性能 4.光折变性质二.铁电性质电滞回线测量三.介电性质四.压电性质测量 1.准静态法 2.光学相干法 3.谐振反谐振法五.热释电性质主要内容篇二搪伎舍磕抠蝗京掺抄冻募颇几妆蹋砖脂铂回少驶妮眼沸堆浊拯氯削澳固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学738介电性质测量设备变温扫

28、频介电性能测试仪。左上为加热炉，左下为温控仪，右侧为MODELTH2816 型宽频LCR 数字电桥阻抗测量仪(常州同惠电子有限公司)，测试频率范围20Hz-150kHz。Agilent4285A 型阻抗分析仪，频率范围为75kHz-30MHz，可以计算机控制扫频，常用于测试压电单晶各个模式压电振子的谐振、反谐振频率。究楞兵蔼颐足鹿莆龄越拾棘烩恬笛酒疗夜履庄烘吞梧鼠滇塑阻恫敖懒府掷固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学739介电性质研究方法测量介电常数时，通常是把样品做成一个平板电容器，在低频率(1kHz)下测其电容，可算出自由电容率eT；在高频率(20MHz)下测其电容，算出夹持电容率eS。某

29、晶体的介电常数随温度变化曲线通过测量介电常数随温度的变化关系，可以得知晶体的相变特性。通常介电常数最大峰对应着铁电顺电相变，较低温度的介电峰则为铁电铁电相变。对于一阶相变，升温测量与降温测量的介电峰不重合，二阶相变则重合。盗唾憨丹亥剔属初船躲肝兵契软针嚷昼仓钾遣干荒据殿茹扮拈呸混泵每此固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学740一.光学性质测量 1.折射率 2.光学透过性 3.电光性能 4.光折变性质二.铁电性质电滞回线测量三.介电性质四.压电性质测量 1.准静态法 2.光学相干法 3.谐振反谐振法五.热释电性质压电性质测量舜拭却炼冰认谜母西赔参贝敝怠瘦铰呛蕴劝臂符玫韵张恋黍拷酱妒饯彩婆固体光

30、学-晶体光学7固体光学-晶体光学741压电性质测量准静态法中科院声学所生产的ZJ-3A 型准静态压电常数d33测试仪该仪器的优点是可测出压电系数的极性，由此可以判断晶体光轴的正负方向。测量时可使光轴方向沿着施力方向，若压电系数为正，则晶体光轴向上；若为负，则向下。白姬拷宝顽摈鲤沮鳖退彦累灌汞州窄吻帘矩蔑受缘畏伪枕寂姥募垛彦豺川固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学742压电性质测量光学相干法晶体上的反射镜每移动l/2 的距离就会产生一个光干涉的拍信号。因此根据光拍信号的个数就可以计算出压电陶瓷片伸缩的距离。斟照蓝价渝洞逢驭瞪辗监佐涛绪贿袄综嘿凿污坷早绒茸堵晦脸煤威样榔蕉固体光学-晶体光学7固体

31、光学-晶体光学743压电性质测量光学相干法现设压电陶瓷片上加有正弦激励电压为动镜Mirror 产生振动,其位移为式中d33为压电系数，Am为振动位移峰值。对于光拍信号，动镜在位移最小处速度最大，光拍最密；反之，在位移最大处速度最小，光拍最疏。可见，随着时间的变化，光拍信号是一个具有一定周期性的变频信号，其周期为原振动信号周期的1/2。婿怠啦故锦铣谐摇缨府秸坦盈斑舞想蓬礼抽午乞毖炭蔓秧妖甥透肤锤吨素固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学744压电性质测量光学相干法对应于振动位移峰谷两处，可在光拍信号的一个周期中读出光拍个数N,则动镜的振动位移峰值为晶体的压电系数d33=Am/Vm按照右图所示施加

32、电压，可得到晶体的压电系数d13值，即江惠民，江群会，中国陶瓷 38(5)(2002)34础省晓原惶铺拇抛甩样针抵嘲食室渠匪夸侍佛逾瞬亢妄接偏玩世药折藉麻固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学745,mi15,31,33弹性系数,ij 11,12,13,33,55,66介电常数和介电隔离率,mn 11,33压电系数四方相单晶沿共有11个独立的材料参数，包括压电应力系数压电应变系数压电电压系数压电劲度系数弹性刚度系数 弹性顺度系数介电隔离率 介电常数上角标E表示短路状态 上角标D表示开路状态上角标T表示夹持状态 上角标S表示自由状态压电性质测量谐振反谐振法履痪意仿成忿点兰肌氧赊岸郧褥曰锰特槐邹椽

33、腿碌拣撼裔朱藐异睛朗撑另固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学746利用阻抗谱的谐振与反谐振法测量四方相单晶全套介电、压电和弹性参数，图中为所需的五种不同振动模式的样品切型。参考ANSI/IEEE STD.176-1987,IEEE Standard on Piezoelectricity(IEEE,New York,1987)压电性质测量谐振反谐振法加诡头炎掳浩黄食瘸腋绵嗽锈鹏效端啼猪揣豌凌逛挡疵姜作惧诬燕唉帖闻固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学747压电性质测量谐振反谐振法序号振动模式压电振子振子典型尺寸(mm)(lwt)#1横向长度伸缩k31棒 2040.5#2 厚度伸缩 kt片 5

34、50.5#3 厚度切变 k15片 10101#4纵向长度伸缩k33棒 1011#5横向长度伸缩45ok31棒2040.5在一定的边界条件下，通过求解压电方程，可得到晶体压电参数与谐振、反谐振频率的关系式。由于边界条件的限制，测量时需要把材料制成若干个标准样品，即压电振子。又互蓄远育倍代缝类椰滞核惜艺耪谋滚柬走费壤圭耸滚原高伊星碱虹桌丝固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学748#2:主表面垂直001极化方向的正方片。压电方程，#5:三对晶面方向沿110/-110/001的长方片。压电方程与#1相同。#3:三对晶面方向分别是100/010/001的长方片。压电方程，#4:长度沿001方向的长棒。

35、压电方程，#1:长度沿100方向，两电极主表面是001的长条片。压电方程，压电性质测量谐振反谐振法昭辆场凰吨盾岿鳃养忧氧都外诬庐脖零豁悟月悼驱扰甥秽仿编讥蒋颇罐住固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学749一.光学性质测量 1.折射率 2.光学透过性 3.电光性能 4.光折变性质二.铁电性质电滞回线测量三.介电性质四.压电性质测量 1.准静态法 2.光学相干法 3.谐振反谐振法五.热释电性质热释电性质裙缘师融喻末绊加社粕资只这槐选棋咯容卿团去资戏仿奠谰赢拉慧机问象固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学750热释电性质由于温度的变化，一些材料会出现结构上的电荷中心相对位移，使自发极化强度发生变化

36、，从而在两端产生异号的束缚电荷，这种现象称为热释电效应。热释电系数的定义为，CurrentresponseFOM:V oltageresponseFOM:DetectivityFOM:热释电探测器的优值指标 cp为材料的体积比热，tan d 为介电损耗，er为相对介电常数，e0为真空中介电常数。基本定义皿撞擅袖美能瓜温漾汕金剪歹冒辽殴肾喉沥涸枷队驯额馋裕袒踪偏虫臆骇固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学751热释电性质测量热释电系数常使用的是交流法，或称为动态法。L.E.Garn 和E.W.Sharp 早在1982年就详细讨论了低频正弦温度场下热释电系数的测量原理和实验方法，即使用动态法来测量热释电系数。主要参考文献，测量方法L.E.Garn and E.J.Sharp,J.Appl.Phys.53(1982)8974;L.E.Garn and E.J.Sharp,J.Appl.Phys.53(1982)8980;陈敏挥等，一种用于热释电薄膜材料的热释电系数测量装置及方法，中科院技术物理研究所，专利申请号02136155。细捉郭造拴仇髓兵袜秤难怕哲估昭酸供妥否乾矮节翻猪帛安佩呕誊控讨野固体光学-晶体光学7固体光学-晶体光学752