[发明专利]纳米级分辨率的快速固体电介质空间电荷测量系统及方法

权利要求书

1.一种纳米级分辨率的快速固体电介质空间电荷测量系统，其特征在于，包括：

太赫兹激发组件，用于激发太赫兹电磁波；

快速扫描组件，用于改变探测光与激发光之间的配合状态，其中，所述快速扫描组件包括高速电机、多旋臂光学延迟器、分束器和第二镜组，其中，由于光向太赫兹波、太赫兹波向空间电荷压力波转化所带来的激发光与探测光之间的时间差，通过所述第二镜组延长光路实现二者之间的匹配，并且所述多旋臂光学延迟器的变径旋臂固定在类锥体座上以作为所述多旋臂光学延迟器的主体，所述主体套装在丝杠上，用所述高速电机驱动，随着所述多旋臂光学延迟器运动姿态的变化，所述探测光在光学延迟器上的反射点变化，使得所述探测光的光路变化，改变所述探测光与所述激发光之间的配合情况，实现对试样不同厚度层的空间电荷的探测；

空间电荷信号激发组件，用于激发空间电荷信号；以及

检测及控制环节组件，用于探测所述空间电荷信号，得到空间电荷测量结果。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述太赫兹激发组件包括飞秒激光器、光学分束器、光学斩波器、第一平面镜组、电光聚合物和抛物面镜。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述空间电荷信号激发组件包括太赫兹透明高压电极、压光传感器和高压电源，其中，太赫兹电磁波通过斜入射方式照射样品，将在所述样品内部构建电场，脉冲太赫兹波所产生的电场使得介质内部的电荷受电场力的作用而产生携带了空间电荷分布信息的机械波，由于应力双折射效应，机械波使得所述压光传感器的光学特性发生改变，将所述机械波转化为光信号，通过透明电极使太赫兹电磁波得以顺利入射，并实现在样品极化过程中检测，基于近红外区段透明的导电聚合物以及导电玻璃设计的太赫兹波通过电极，通过对导出引线制备成环形引线的透明窗电极。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述太赫兹激发组件具体用于通过所述飞秒激光器发出的激光被光学分束器分为两束，其中一束先由所述光学斩波器进行调制，经所述第一平面镜组和电光聚合物组成的光路，使得电光聚合物激发出脉冲宽度为几ps，波尾振荡小于预设值的脉冲太赫兹波，利用所述抛物面镜将所述太赫兹电磁波聚焦在试样表面，以用于激发空间电荷信号，而所述分束器分出的另一束激光则照射在光学延迟器上，经过第二镜组所组成的光路后进一步由分束器分为两束，以经由不同光路照射在压光传感器上，作为探测光，以用于探测空间电荷信号。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述光学延迟器由所述高速电机驱动，进行沿轴向的直线运动和绕轴的旋转运动，以改变延迟时间，以cm单位的步长改变探测光的光路，通过所述高速电机控制方法控制所述探测光与所述激发光之间的光程差，实现对空间电荷机械波的快速扫描探测；所述压光传感器接收到空间电荷所产生的压力波信号后，其光学特性发生变化，使得所述探测光的偏振状态发生变化，四分之一波片和沃拉斯顿棱镜接受经过调制的探测光后，将其转化为两束光强不同的光，使得差分探测电路得以将其转化为电信号，并经锁相放大后将信息传输到工控机上。

6.一种纳米级分辨率的快速固体电介质空间电荷测量方法，其特征在于，所述方法采用如权利要求1-5任一项所述的系统，所述方法包括以下步骤：

通过太赫兹激发组件激发太赫兹电磁波；

通过快速扫描组件改变探测光与激发光之间的配合状态，所述快速扫描组件包括高速电机、多旋臂光学延迟器、分束器和第二镜组，其中，由于光向太赫兹波、太赫兹波向空间电荷压力波转化所带来的激发光与探测光之间的时间差，通过所述第二镜组延长光路实现二者之间的匹配，并且所述多旋臂光学延迟器的变径旋臂固定在类锥体座上以作为所述多旋臂光学延迟器的主体，所述主体套装在丝杠上，用所述高速电机驱动，随着所述多旋臂光学延迟器运动姿态的变化，所述探测光在光学延迟器上的反射点变化，使得所述探测光的光路变化，改变所述探测光与所述激发光之间的配合情况，实现对试样不同厚度层的空间电荷的探测；

通过空间电荷信号激发组件激发空间电荷信号；以及

通过检测及控制环节组件探测所述空间电荷信号，得到空间电荷测量结果。