專利名稱：基于對稱金屬波導(dǎo)測量壓電材料的逆壓電系數(shù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及激光控制技術(shù)應(yīng)用設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于對稱金屬波導(dǎo)測量壓電材料的逆壓電系數(shù)裝置。
背景技術(shù)：
壓電材料是受到壓力作用時會在兩端面間出現(xiàn)電壓的晶體材料，已經(jīng)廣泛用于通信、工業(yè)、軍事、航空航天等領(lǐng)域。晶體材料受壓力，晶體的某些表面會產(chǎn)生電荷，電荷量與壓力成比例。這一現(xiàn)象被稱為壓電效應(yīng)。同時，晶體在外電場作用下產(chǎn)生形變，這一現(xiàn)象被逆壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)的原理是，如果對壓電材料施加壓力，它便會產(chǎn)生電位差(稱之為正壓電效應(yīng))，反之施加電壓，則產(chǎn)生機械應(yīng)力(稱為逆壓電效應(yīng))。 壓電系數(shù)是壓電材料重要參數(shù)之一，它是壓電材料把機械能轉(zhuǎn)變成電能或把電能轉(zhuǎn)變成機械能的轉(zhuǎn)變系數(shù)，反應(yīng)壓電材料彈性性能與介電性能的耦合關(guān)系，與其力學(xué)及介電性質(zhì)緊密相關(guān)。通常把電能轉(zhuǎn)變成機械能的轉(zhuǎn)變系數(shù)稱為逆壓電系數(shù)。目前，測量逆壓電系數(shù)的常用方法有介電諧振譜法、偏置電場誘導(dǎo)法。這些方法測量逆壓電系數(shù)都達到較高的精度，不容易操作，不適用日常的一般環(huán)境。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種基于對稱金屬波導(dǎo)測量壓電材料的逆壓電系數(shù)裝置，測量精度高，操作簡便、適用范圍廣。本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的—種基于對稱金屬波導(dǎo)測量壓電材料的逆壓電系數(shù)裝置，用于測量壓電材料5的逆壓電系數(shù)；包括三棱鏡I、支架7與穩(wěn)壓電源8，所述三棱鏡I與壓電材料5固定于支架7上，所述三棱鏡I的下表面與壓電材料5上表面平行且有間隙構(gòu)成空氣隙3 ；所述三棱鏡I的下表面鍍有底面金屬膜2 ;所述壓電材料5的上表面鍍有上層金屬膜4,所述壓電材料5的下表面鍍有下層金屬膜6 ；所述上層金屬膜4與下層金屬膜6上分別設(shè)有電極與穩(wěn)壓電源8連接。所述的底面金屬膜2、上層金屬膜4與下層金屬膜6的材料采用金或銀。所述的底面金屬膜2的厚度為40nm 45nm。所述的上層金屬膜4的厚度大于lOOnm。所述的下層金屬膜6與支架7間設(shè)有絕緣板9。所述的絕緣板9為玻璃板。所述的空氣隙3的間隙尺寸為0. 5mm 3mm。所述的壓電材料5的厚度為Imm 2mm。由上述本實用新型提供的技術(shù)方案可以看出，本實用新型實施例提供的基于對稱金屬波導(dǎo)測量壓電材料的逆壓電系數(shù)裝置，測量精度高，操作簡便、適用范圍廣。
為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。圖I為本實用新型的基于對 稱金屬波導(dǎo)測量壓電材料的逆壓電系數(shù)裝置的結(jié)構(gòu)
示意圖一；圖2為本實用新型的基于對稱金屬波導(dǎo)測量壓電材料的逆壓電系數(shù)裝置的結(jié)構(gòu)
示意圖二。
具體實施方式
下面結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦偷膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型的保護范圍。實施例一如圖I與圖2所示，一種基于對稱金屬波導(dǎo)測量壓電材料的逆壓電系數(shù)裝置，用于測量壓電材料5的逆壓電系數(shù)；結(jié)構(gòu)具體包括三棱鏡I、支架7與穩(wěn)壓電源8，所述三棱鏡I與壓電材料5固定于金屬的支架7上，固定方式為剛性固定；所述三棱鏡I的下表面與壓電材料5上表面平行且有間隙構(gòu)成空氣隙3 ;所述三棱鏡I的下表面鍍有底面金屬膜2 ;所述壓電材料5的上表面鍍有上層金屬膜4,所述壓電材料5的下表面鍍有下層金屬膜6 ;這樣就形成底面金屬膜2-空氣隙3-上層金屬膜4組成的對稱金屬包覆波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。所述上層金屬膜4與下層金屬膜6上分別設(shè)有電極與穩(wěn)壓電源8連接。另外，所述的下層金屬膜6與支架7間設(shè)有絕緣板9。所述的絕緣板9為玻璃板。起到金屬膜6與支架7間的絕緣作用。其他參數(shù)包括所述的底面金屬膜2、上層金屬膜4與下層金屬膜6的材料采用金或銀，所述的底面金屬膜2的厚度為40nm 45nm。所述的上層金屬膜4的厚度大于lOOnm。下層金屬膜6厚度不受限制。所述的空氣隙3的間隙尺寸為0. 5mm 3_。所述的壓電材料5的厚度為Imm 2mm。測量原理利用準(zhǔn)直激光光束入射到三棱鏡I底面金屬膜2-空氣隙3-上層金屬膜4形成對稱金屬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，把該結(jié)構(gòu)放在9/2 0角度掃描儀(可采用“上海光刻電子有限公司”生產(chǎn)的“光電信號采集控制器WGCU-28型)上進行角度掃描，得到衰減全反射ART譜。在ART譜選擇一共振匹配角。調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源，在壓電材料片兩側(cè)施加電場，由于壓電效應(yīng)，壓電材料片的厚度將發(fā)生變化，間接地改變空氣隙的厚度，重新進行角度掃描，ATR譜在原來基礎(chǔ)上發(fā)生水平移動，共振匹配角將發(fā)生改變，因此，由共振匹配角的變化可以計算出壓電材料的壓電系數(shù)。本發(fā)明所涉及的種基于對稱金屬波導(dǎo)測量壓電材料的逆壓電系數(shù)裝置及方法，包括如下步驟[0029]I)按圖I與圖2要求設(shè)置基于對稱金屬波導(dǎo)測量壓電材料的逆壓電系數(shù)裝置；[0030]2)用激光光束入射到三棱鏡底面的底面金屬膜2并進行角度掃描，得到衰減全反射(ATR)譜。所述光束的入射角0選擇在ATR譜中共振匹配角，所述激光波長范圍為650nm 860nm，光束的偏振方式為TM或TE偏振。3)在壓電材料5的上層金屬膜4與下層金屬膜6的電極施加電場，由于壓電材料的5逆壓電效應(yīng)，導(dǎo)致壓電材料5的厚度變化，間接改變了空氣隙3的厚度，從而ATR譜將在原來基礎(chǔ)上發(fā)生水平移動。4)由ATR譜中某一共振匹配角的變化可以計算出壓電材料的逆壓電系數(shù)。計算原理有效折射率N為N = n2sin 0(I)式中n2為三棱鏡I底面金屬膜2的折射率，9為共振匹配角。對⑴兩邊微分可以得到AN = n2cos 0 A 0 (2)對于底面金屬膜2-空氣隙3-上層金屬膜4組成的對稱金屬包覆波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，有效折射率N對波導(dǎo)層(空氣隙)厚度h3有以下關(guān)系
AN _n^-N2Nh3⑶式中n3是空氣隙的折射率。當(dāng)在壓電材料5兩側(cè)施加電場E時，由于逆壓電效應(yīng)，壓電材料5的厚度將改變A h5,即A h5 = d53h5E(4)于是空氣隙3的厚度間接改變?yōu)锳h3,即A h3 = -d53h5E(5)(4)、(5)式中d53是壓電材料5的逆壓電系數(shù)，h5是壓電材料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)由底面金屬膜2-空氣隙3-上層金屬膜4組成的對稱金屬包覆波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其空氣隙3(波導(dǎo)層)的厚度是毫米量級，設(shè)m>> 1000;因此，近似地可以得到色散方程組
J (k20nl + k2anl sin2 Om = mn|^2w2 + k2n2 sin2^m+1 =(m + l)^(7)式中m為模序數(shù)，由方程組可以解出空氣隙的厚度h3。由(6)式可知，通過調(diào)節(jié)外加電場可以改變壓電材料5的厚度，間接地改變了波導(dǎo)層(空氣隙3)的厚度，使ATR譜水平移動。從ATR譜移動可以計算出共振角的變化量，也就可以計算出逆壓電系數(shù)。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)該 以權(quán)利要求書的保護范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.ー種基于對稱金屬波導(dǎo)測量壓電材料的逆壓電系數(shù)裝置，用于測量壓電材料(5)的逆壓電系數(shù)；其特征在于包括三棱鏡(I)、支架(7)與穩(wěn)壓電源(8)，所述三棱鏡(I)與壓電材料(5)固定干支架(7)上，所述三棱鏡(I)的下表面與壓電材料(5)上表面平行且有間隙構(gòu)成空氣隙(3)； 所述三棱鏡(I)的下表面鍍有底面金屬膜(2);所述壓電材料(5)的上表面鍍有上層金屬膜(4)，所述壓電材料(5)的下表面鍍有下層金屬膜(6)； 所述上層金屬膜(4)與下層金屬膜(6)上分別設(shè)有電極與穩(wěn)壓電源(8)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于對稱金屬波導(dǎo)測量壓電材料的逆壓電系數(shù)裝置，其特征在于，所述的底面金屬膜(2)、上層金屬膜(4)與下層金屬膜(6)的材料采用金或銀。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于對稱金屬波導(dǎo)測量壓電材料的逆壓電系數(shù)裝置，其特征在于，所述的底面金屬膜(2)的厚度為40nm 45nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于對稱金屬波導(dǎo)測量壓電材料的逆壓電系數(shù)裝置，其特征在于，所述的上層金屬膜(4)的厚度大于lOOnm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于對稱金屬波導(dǎo)測量壓電材料的逆壓電系數(shù)裝置，其特征在于，所述的下層金屬膜(6)與支架(7)間設(shè)有絕緣板(9)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于對稱金屬波導(dǎo)測量壓電材料的逆壓電系數(shù)裝置，其特征在于，所述的絕緣板(9)為玻璃板。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于對稱金屬波導(dǎo)測量壓電材料的逆壓電系數(shù)裝置，其特征在于，所述的空氣隙(3)的間隙尺寸為0. 5mm 3mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于對稱金屬波導(dǎo)測量壓電材料的逆壓電系數(shù)裝置，其特征在于，所述的壓電材料(5)的厚度為Imm 2mm。
專利摘要本實用新型公開了一種基于對稱金屬波導(dǎo)測量壓電材料的逆壓電系數(shù)裝置，用于測量壓電材料(5)的逆壓電系數(shù)；包括三棱鏡(1)、支架(7)與穩(wěn)壓電源(8)，所述三棱鏡(1)與壓電材料(5)固定于支架(7)上，所述三棱鏡(1)的下表面與壓電材料(5)上表面平行且有間隙構(gòu)成空氣隙(3)；所述三棱鏡(1)的下表面鍍有底面金屬膜(2)；所述壓電材料(5)的上表面鍍有上層金屬膜(4)，所述壓電材料(5)的下表面鍍有下層金屬膜(6)；所述上層金屬膜(4)與下層金屬膜(6)上分別設(shè)有電極與穩(wěn)壓電源(8)連接。測量精度高，操作簡便、適用范圍廣。
文檔編號G01R29/22GK202404162SQ20112048947
公開日2012年8月29日 申請日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者冉茂武, 金慧 申請人:冉茂武