专利名称：基于对称金属波导测量压电材料的逆压电系数装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及激光控制技术应用设备技术领域，尤其涉及一种基于对称金属波导测量压电材料的逆压电系数装置。
背景技术：
压电材料是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料，已经广泛用于通信、工业、军事、航空航天等领域。晶体材料受压力，晶体的某些表面会产生电荷，电荷量与压力成比例。这一现象被称为压电效应。同时，晶体在外电场作用下产生形变，这一现象被逆压电效应。压电效应的原理是，如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差(称之为正压电效应)，反之施加电压，则产生机械应力(称为逆压电效应)。 压电系数是压电材料重要参数之一，它是压电材料把机械能转变成电能或把电能转变成机械能的转变系数，反应压电材料弹性性能与介电性能的耦合关系，与其力学及介电性质紧密相关。通常把电能转变成机械能的转变系数称为逆压电系数。目前，测量逆压电系数的常用方法有介电谐振谱法、偏置电场诱导法。这些方法测量逆压电系数都达到较高的精度，不容易操作，不适用日常的一般环境。
发明内容本实用新型的目的是提供一种基于对称金属波导测量压电材料的逆压电系数装置，测量精度高，操作简便、适用范围广。本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的—种基于对称金属波导测量压电材料的逆压电系数装置，用于测量压电材料5的逆压电系数；包括三棱镜I、支架7与稳压电源8，所述三棱镜I与压电材料5固定于支架7上，所述三棱镜I的下表面与压电材料5上表面平行且有间隙构成空气隙3 ；所述三棱镜I的下表面镀有底面金属膜2 ;所述压电材料5的上表面镀有上层金属膜4,所述压电材料5的下表面镀有下层金属膜6 ；所述上层金属膜4与下层金属膜6上分别设有电极与稳压电源8连接。所述的底面金属膜2、上层金属膜4与下层金属膜6的材料采用金或银。所述的底面金属膜2的厚度为40nm 45nm。所述的上层金属膜4的厚度大于lOOnm。所述的下层金属膜6与支架7间设有绝缘板9。所述的绝缘板9为玻璃板。所述的空气隙3的间隙尺寸为0. 5mm 3mm。所述的压电材料5的厚度为Imm 2mm。由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的基于对称金属波导测量压电材料的逆压电系数装置，测量精度高，操作简便、适用范围广。
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图I为本实用新型的基于对 称金属波导测量压电材料的逆压电系数装置的结构
示意图一；图2为本实用新型的基于对称金属波导测量压电材料的逆压电系数装置的结构
示意图二。
具体实施方式
下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。实施例一如图I与图2所示，一种基于对称金属波导测量压电材料的逆压电系数装置，用于测量压电材料5的逆压电系数；结构具体包括三棱镜I、支架7与稳压电源8，所述三棱镜I与压电材料5固定于金属的支架7上，固定方式为刚性固定；所述三棱镜I的下表面与压电材料5上表面平行且有间隙构成空气隙3 ;所述三棱镜I的下表面镀有底面金属膜2 ;所述压电材料5的上表面镀有上层金属膜4,所述压电材料5的下表面镀有下层金属膜6 ;这样就形成底面金属膜2-空气隙3-上层金属膜4组成的对称金属包覆波导结构。所述上层金属膜4与下层金属膜6上分别设有电极与稳压电源8连接。另外，所述的下层金属膜6与支架7间设有绝缘板9。所述的绝缘板9为玻璃板。起到金属膜6与支架7间的绝缘作用。其他参数包括所述的底面金属膜2、上层金属膜4与下层金属膜6的材料采用金或银，所述的底面金属膜2的厚度为40nm 45nm。所述的上层金属膜4的厚度大于lOOnm。下层金属膜6厚度不受限制。所述的空气隙3的间隙尺寸为0. 5mm 3_。所述的压电材料5的厚度为Imm 2mm。测量原理利用准直激光光束入射到三棱镜I底面金属膜2-空气隙3-上层金属膜4形成对称金属波导结构中，把该结构放在9/2 0角度扫描仪(可采用“上海光刻电子有限公司”生产的“光电信号采集控制器WGCU-28型)上进行角度扫描，得到衰减全反射ART谱。在ART谱选择一共振匹配角。调节稳压电源，在压电材料片两侧施加电场，由于压电效应，压电材料片的厚度将发生变化，间接地改变空气隙的厚度，重新进行角度扫描，ATR谱在原来基础上发生水平移动，共振匹配角将发生改变，因此，由共振匹配角的变化可以计算出压电材料的压电系数。本发明所涉及的种基于对称金属波导测量压电材料的逆压电系数装置及方法，包括如下步骤[0029]I)按图I与图2要求设置基于对称金属波导测量压电材料的逆压电系数装置；[0030]2)用激光光束入射到三棱镜底面的底面金属膜2并进行角度扫描，得到衰减全反射(ATR)谱。所述光束的入射角0选择在ATR谱中共振匹配角，所述激光波长范围为650nm 860nm，光束的偏振方式为TM或TE偏振。3)在压电材料5的上层金属膜4与下层金属膜6的电极施加电场，由于压电材料的5逆压电效应，导致压电材料5的厚度变化，间接改变了空气隙3的厚度，从而ATR谱将在原来基础上发生水平移动。4)由ATR谱中某一共振匹配角的变化可以计算出压电材料的逆压电系数。计算原理有效折射率N为N = n2sin 0(I)式中n2为三棱镜I底面金属膜2的折射率，9为共振匹配角。对⑴两边微分可以得到AN = n2cos 0 A 0 (2)对于底面金属膜2-空气隙3-上层金属膜4组成的对称金属包覆波导结构，有效折射率N对波导层(空气隙)厚度h3有以下关系
AN _n^-N2Nh3⑶式中n3是空气隙的折射率。当在压电材料5两侧施加电场E时，由于逆压电效应，压电材料5的厚度将改变A h5,即A h5 = d53h5E(4)于是空气隙3的厚度间接改变为Ah3,即A h3 = -d53h5E(5)(4)、(5)式中d53是压电材料5的逆压电系数，h5是压电材料5的厚度。由⑴、
(2)、(3)、(5)式可以得到
,nlh sin 26 . d53 = OZ7 / 2 ■ la~
IEh5(n2 sin d-n3)(6)由底面金属膜2-空气隙3-上层金属膜4组成的对称金属包覆波导结构，其空气隙3(波导层)的厚度是毫米量级，设m>> 1000;因此，近似地可以得到色散方程组
J (k20nl + k2anl sin2 Om = mn|^2w2 + k2n2 sin2^m+1 =(m + l)^(7)式中m为模序数，由方程组可以解出空气隙的厚度h3。由(6)式可知，通过调节外加电场可以改变压电材料5的厚度，间接地改变了波导层(空气隙3)的厚度，使ATR谱水平移动。从ATR谱移动可以计算出共振角的变化量，也就可以计算出逆压电系数。以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该 以权利要求书的保护范围为准。
权利要求1.ー种基于对称金属波导测量压电材料的逆压电系数装置，用于测量压电材料(5)的逆压电系数；其特征在于包括三棱镜(I)、支架(7)与稳压电源(8)，所述三棱镜(I)与压电材料(5)固定干支架(7)上，所述三棱镜(I)的下表面与压电材料(5)上表面平行且有间隙构成空气隙(3)； 所述三棱镜(I)的下表面镀有底面金属膜(2);所述压电材料(5)的上表面镀有上层金属膜(4)，所述压电材料(5)的下表面镀有下层金属膜(6)； 所述上层金属膜(4)与下层金属膜(6)上分別设有电极与稳压电源(8)连接。
2.根据权利要求I所述的基于对称金属波导测量压电材料的逆压电系数装置，其特征在于，所述的底面金属膜(2)、上层金属膜(4)与下层金属膜(6)的材料采用金或银。
3.根据权利要求I或2所述的基于对称金属波导测量压电材料的逆压电系数装置，其特征在于，所述的底面金属膜(2)的厚度为40nm 45nm。
4.根据权利要求I或2所述的基于对称金属波导测量压电材料的逆压电系数装置，其特征在于，所述的上层金属膜(4)的厚度大于lOOnm。
5.根据权利要求I或2所述的基于对称金属波导测量压电材料的逆压电系数装置，其特征在于，所述的下层金属膜(6)与支架(7)间设有绝缘板(9)。
6.根据权利要求5所述的基于对称金属波导测量压电材料的逆压电系数装置，其特征在于，所述的绝缘板(9)为玻璃板。
7.根据权利要求I所述的基于对称金属波导测量压电材料的逆压电系数装置，其特征在于，所述的空气隙(3)的间隙尺寸为0. 5mm 3mm。
8.根据权利要求I所述的基于对称金属波导测量压电材料的逆压电系数装置，其特征在于，所述的压电材料(5)的厚度为Imm 2mm。
专利摘要本实用新型公开了一种基于对称金属波导测量压电材料的逆压电系数装置，用于测量压电材料(5)的逆压电系数；包括三棱镜(1)、支架(7)与稳压电源(8)，所述三棱镜(1)与压电材料(5)固定于支架(7)上，所述三棱镜(1)的下表面与压电材料(5)上表面平行且有间隙构成空气隙(3)；所述三棱镜(1)的下表面镀有底面金属膜(2)；所述压电材料(5)的上表面镀有上层金属膜(4)，所述压电材料(5)的下表面镀有下层金属膜(6)；所述上层金属膜(4)与下层金属膜(6)上分别设有电极与稳压电源(8)连接。测量精度高，操作简便、适用范围广。
文档编号G01R29/22GK202404162SQ20112048947
公开日2012年8月29日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年11月30日
发明者冉茂武, 金慧 申请人:冉茂武