[发明专利]一种测量薄膜材料电光系数的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于电子信息材料测试技术领域，具体涉及一种测量薄膜材料电光系数的装置及方法。

背景技术

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。

发明内容

鉴于现有技术的需求，本发明的目的在于：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，本发明提供如下两个技术方案：

一方面本发明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。

本发明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。

本发明中还包括测试箱，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，本发明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。

本发明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。

另一方面本发明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。