自稳程双光束探测干涉仪的设计

摘要

为了研究压电薄膜的特性,常常需要测量电场作用下薄膜厚度的变化.因为薄膜的厚度很小,不能施加太高的电压,过高的电压会击穿薄膜,所以一般在电压驱动下其厚度的变化处于A的量级.为了检测这么小的形变,必须使用干涉检测的方法.Michelson干涉仪结构简单,最早被用来检测压电薄膜厚度的变化.但是由于这种方法只探测样品的一个表面,无法消除测量中的基底弯曲效应.所以,设计了一种基于Mach-Zender结构的双光束探测干涉仪来研究压电薄膜的压电响应.这种方法中,探测激光探测样品的两个主面,可有效消除基底弯曲效应.为了补偿光程差的低频漂移,将工作点稳定在灵敏度最高点,使用一个反馈控制系统驱动微位移器调整参考平面镜.使用锁相放大器提供驱动信号,并同时检测对应于样品形变的输出信号.计算机通过RS232接口与锁相放大器通信,控制测量的全过程.开发了用于压电材料的压电系数测量和铁电材料蝴蝶曲线测绘的软件.所以,整个系统构成一个自动检测系统,其工作频率范围是1K~102KHz,最小可探测位移达0.3pm.

目录

文摘

英文文摘

致谢

绪论

第一章晶体的压电性和铁电性

1.1压电效应

1.2铁电晶体

1.3压电特性的测量

第二章微位移的激光干涉法测量

2.1干涉法测微位移的原理分析

2.2单光束探测干涉仪和基底弯曲效应

第三章双光束探测干涉仪原理

3.1双光束探测干涉仪示意图

3.2基底弯曲效应的消除

3.3锁相检测的原理

3.4微位移检测原理

3.5设计任务分析

第四章光路和机构设计

4.1光路设计

4.2调节机构设计

第五章光电转换系统的设计

5.1光电转换系统的组成

5.2光电二极管

5.3 818-BB-21型光电探测器

5.4光电转换电路

5.5运放的选择和电路参数的确定

第六章反馈控制系统的设计

6.1反馈控制原理分析

6.2反馈控制系统的数学模型

6.3控制特性设计

6.4控制电路设计

6.5反馈控制系统的测试

第七章软件设计

7.1 SR830型锁相放大器的功能和编程

7.2软件设计目标

7.3d33测量控制软件的设计

7.4“蝴蝶”曲线的测量控制软件设计

第八章样品测试

8.1测试步骤

8.2石英样品测试

8.3双光束探测和单光束探测结果的比较

8.4铁电薄膜“蝴蝶”曲线的测量

第九章总结

参考文献

附录