實驗名稱：干涉法測算的壓電系數(shù)基本原理

研究方向：光的干涉原理現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各種領(lǐng)域中，特別是在光譜學(xué)、精密計量及探測中。當(dāng)振動方向相同的兩列波（或者多列波）在空間中某一位置相遇時，相遇位置內(nèi)各點的振幅等于各列波在該點振幅疊加（對于標(biāo)量波，相遇位置波的波函數(shù)等于所有波的波函數(shù)的標(biāo)量和；對于矢量波，相遇位置波的波函數(shù)等于所有波的波函數(shù)的矢量和）。其中某些位置的振幅始終增強，另一些位置的振幅始終消弱，最終形成穩(wěn)定的光強強弱分布。

測試設(shè)備：高壓放大器、信號發(fā)生器、示波器、鎖相放大器、He-Ne激光器、光電探測器等。

實驗過程：

圖1：干涉法測量晶體壓電系數(shù)的實驗裝置

干涉法測量晶體壓電系數(shù)的實驗裝置如圖1所示，主要由邁克爾遜千涉儀，信號發(fā)生器，高壓放大器，鎖相放大器，光電轉(zhuǎn)換元件以及示波器組成。

干涉法測量主要利用邁克爾遜干涉對相位的敏感性。干涉儀結(jié)構(gòu)中的兩片全反鏡分別與參考晶體和待測晶體膠合在一起，由信號源所發(fā)出的同相位的兩束正弦波經(jīng)過高壓放大器放大后分別加在參考晶體和待測晶體上。光的干涉信號通過硅探測器轉(zhuǎn)化為電壓信號，經(jīng)過鎖相放大器放大。信號源輸出與正弦信號頻率相同的方波信號作為鎖相放大器的參考信號。鎖相放大器只針對與參考信號同頻率的信號進行放大，一定程度上避免了干擾信號對實驗的影響。

實驗結(jié)果：

干涉法測試材料壓電系數(shù)是根據(jù)光電轉(zhuǎn)換元件所反映出的光強變化來觀察兩束光的相對相位變化。在沒有外加電場的條件下，兩束光存在穩(wěn)定的干涉，將此時的干涉光強定位初始值I0。在參考晶體和待測晶體在電場作用下產(chǎn)生形變后的光強為I＇。而晶體逆壓電效應(yīng)引起的形變量一般在10nm以內(nèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于激光波長。若當(dāng)I0＝I＇時，不存在兩塊晶體形變量差值為波長整數(shù)倍的情況，可以認(rèn)為參考晶體與待測晶體的凈形變量形同。利用光強前后的變化情況，可以得到兩束光相對相位情況，當(dāng)干涉光強I＇與初始狀態(tài)I0相同時，則可以根據(jù)公式1計算出待測樣品的壓電系數(shù)。

公式1：

其中，s代表待測晶體樣品，r代表參考晶體。Ls和Lr分別代表待測晶體和參考晶體待測量的形變方向上的長度。Ts和Tr分別代表與電場矢量方向平行的待測晶體和參考晶體的晶體厚度。Vs和Vr分別代表待測晶體和參考晶體的上表面和下表面之間的電勢差。ds是要測量的壓電系數(shù)，dr是己知的參考晶體的壓電系數(shù)

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審核編輯 黃宇