專利名稱：一種薄層微晶介質(zhì)材料的光電子特性檢測(cè)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種介質(zhì)材料的檢測(cè)方法及實(shí)現(xiàn)這種方法的裝置，屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
通常應(yīng)用中感興趣的鹵化銀感光薄層材料和硫化鋅、氧化鋅發(fā)光介質(zhì)薄層材料中的微晶都具有半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，在受光激發(fā)后晶體價(jià)帶光電子躍遷到導(dǎo)帶作近自由運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中或者與材料晶體表面的陷阱結(jié)合實(shí)現(xiàn)光信息的記錄，或者釋放出一定能量弛豫到晶體禁帶中的儲(chǔ)能能級(jí)，然后間隔一段時(shí)間后通過(guò)光輻射的形式返回價(jià)帶，實(shí)現(xiàn)余輝發(fā)光。光生載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是決定感光和發(fā)光機(jī)制的主要因素；材料感光和發(fā)光的效率能在光生載流子壽命變化中反映出來(lái)。通過(guò)對(duì)材料中載流子衰減壽命的測(cè)量，就能夠獲得不同條件(如溫度、濃度、壓強(qiáng)、時(shí)間)和材料不同組成成分(如雜質(zhì)的不同種類及含量)對(duì)感光潛影形成和余輝發(fā)光過(guò)程產(chǎn)生的影響，所以通過(guò)研究光生載流子的瞬態(tài)行為來(lái)研究薄層介質(zhì)材料的機(jī)理和實(shí)際應(yīng)用效果有十分重要的意義。如有一種可實(shí)時(shí)檢測(cè)光生載流子衰減特性的方法，則薄層介質(zhì)材料的工藝改進(jìn)和提高就有據(jù)可依；應(yīng)用在材料生產(chǎn)流程中，就可通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)材料質(zhì)量來(lái)及時(shí)、快速調(diào)整工藝，從而節(jié)省大量時(shí)間和人力物力。
現(xiàn)有測(cè)量材料中載流子壽命方法大致可分為接觸測(cè)量和非接觸測(cè)量?jī)深?。接觸法的特點(diǎn)是載流子參與電路的導(dǎo)通過(guò)程，通過(guò)測(cè)量導(dǎo)通電路的宏觀參數(shù)變化來(lái)獲得載流子信息。目前較典型的方法有(1)Haynes-Shockley法和Morton-Haynes法這兩種方法通過(guò)探針作為電極與樣品晶體接觸，當(dāng)樣品中瞬時(shí)產(chǎn)生大量過(guò)剩載流子時(shí)，通過(guò)檢測(cè)電流來(lái)獲得載流子壽命的信息，是較簡(jiǎn)單的測(cè)量手段。(2)光導(dǎo)-光電磁測(cè)量法這種方法是通過(guò)光導(dǎo)效應(yīng)和光電磁效應(yīng)的聯(lián)合來(lái)求載流子壽命，利用脈沖光瞬間產(chǎn)生大量的過(guò)剩載流子，通過(guò)測(cè)量介質(zhì)材料電導(dǎo)的變化以及光電磁效應(yīng)產(chǎn)生的充電短路電流(光照時(shí)樣品晶體外部短路所測(cè)得的電流)來(lái)求載流子壽命。這種方法適于測(cè)量單一載流子壽命。(3)光導(dǎo)衰減法這種方法是在樣品兩端加上偏置電壓，通過(guò)測(cè)量樣品中的電流變化來(lái)獲得光電導(dǎo)的信息，它的時(shí)間分辨率可達(dá)10-7秒。接觸測(cè)量必須在待測(cè)樣品上連接電極，構(gòu)成閉合電路，測(cè)量電路中的電學(xué)量獲得載流子壽命的信息。這種方法在用于測(cè)量時(shí)，需要較大的晶體以便與電極連接，而較大的晶體與實(shí)際應(yīng)用的薄層材料中微晶的光電子行為有很大區(qū)別；在實(shí)際應(yīng)用時(shí)微晶離散地分布于介質(zhì)薄層中，雖然每個(gè)晶粒中都產(chǎn)生光電子，但其相互之間是獨(dú)立的，整體上呈絕緣性質(zhì)，無(wú)法形成回路電流。因此，接觸測(cè)量法測(cè)量分散體系的感光和發(fā)光薄層介質(zhì)材料的光電子特性是很難實(shí)現(xiàn)的。
另一種方法——非接觸法是以電磁場(chǎng)理論為基礎(chǔ)，其測(cè)量依據(jù)的基本原理都是共振吸收效應(yīng)。電磁場(chǎng)通過(guò)與自由載流子共振而被吸收，這種吸收造成電磁場(chǎng)性質(zhì)(振幅和相位)的變化，通過(guò)測(cè)量場(chǎng)的變化來(lái)獲得介質(zhì)中載流子的行為信息。特點(diǎn)是載流子直接與電場(chǎng)相互作用，不參與電路導(dǎo)通過(guò)程，通過(guò)電磁場(chǎng)的參數(shù)變化來(lái)獲得載流子信息。主要途徑有(1)測(cè)量反射波當(dāng)介質(zhì)受到外界擾動(dòng)時(shí)，輻射到介質(zhì)上的微波場(chǎng)將要受到影響，通過(guò)接受反射微波場(chǎng)的功率變化就可獲得介質(zhì)的內(nèi)部信息。比如利用Δp＝AΔσ，Δp微波反射功率的變化，Δσ為電導(dǎo)率的增加，可以獲得介質(zhì)的電導(dǎo)率。(2)測(cè)量透射波；(3)微波諧振腔參數(shù)測(cè)量。這種方法是將樣品放入微波諧振腔中，樣品載流子的影響來(lái)改變了腔的諧振狀態(tài)，通過(guò)腔參數(shù)的變化獲得樣品的信息。非接觸法可以用于測(cè)量分散體系薄層介質(zhì)材料的光生載流子瞬態(tài)行為，但是目前現(xiàn)有的技術(shù)無(wú)論是從測(cè)量靈敏度，還是從時(shí)間分辨率方面來(lái)看，還不能滿足研究感光和發(fā)光材料載流子行為的要求，無(wú)法捕獲光生載流子快速變化(ns量級(jí))的時(shí)間信號(hào)，尤其是不能區(qū)分不同光生載流子——自由和淺束縛光電子的行為，而檢測(cè)兩種載流子行為對(duì)于了解晶體中不同電子陷阱的情況及其作用是極為重要的。并且，目前國(guó)內(nèi)外已報(bào)道的以非接觸法為原理的儀器其設(shè)計(jì)的著眼點(diǎn)都不是應(yīng)用在鹵化銀感光薄層微晶材料和硫化鋅、氧化鋅等發(fā)光薄層微晶介質(zhì)材料光生載流子動(dòng)力學(xué)行為的檢測(cè)方面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，研制提供具有較高靈敏度和分辨率、利用微波在薄層樣品上的無(wú)接觸探測(cè)、并通過(guò)相敏裝置區(qū)分不同載流子的行為，獲得準(zhǔn)確的載流子衰減行為和壽命參數(shù)的一種檢測(cè)薄層微晶介質(zhì)材料光電子特性方法及其實(shí)現(xiàn)這種方法的裝置。
解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是
一種薄層微晶介質(zhì)材料的光電子特性檢測(cè)方法，它通過(guò)檢測(cè)激光照射下薄層微晶介質(zhì)材料的微波反射波，利用相敏裝置獲得材料光生載流子引起的反射波吸收和色散信號(hào)的變化，即對(duì)應(yīng)著自由光電子和束縛光電子的衰減過(guò)程，由衰減曲線計(jì)算所測(cè)薄層微晶介質(zhì)材料的光電子壽命，其特別之處是采用以下步驟進(jìn)行a.將薄層微晶介質(zhì)材料樣品通過(guò)進(jìn)光孔放置在微波諧振腔中；b.微波源發(fā)出的微波經(jīng)過(guò)隔離器并被功率分配器分成兩路，其中一路經(jīng)過(guò)移相器后作為參考信號(hào)等幅輸入兩個(gè)平衡混頻器，另一路作為探測(cè)信號(hào)，經(jīng)過(guò)衰減器和環(huán)行器，進(jìn)入微波諧振腔；c.利用快脈沖激光照射微波諧振腔中的薄層微晶介質(zhì)材料；d.微波諧振腔中的探測(cè)微波的反射波為探測(cè)信號(hào)，它從微波諧振腔輸出后經(jīng)過(guò)環(huán)行器和功率分配器，輸入兩個(gè)平衡混頻器；e.兩個(gè)平衡混頻器將參考信號(hào)與探測(cè)信號(hào)混頻后，利用相敏技術(shù)分離出微波吸收信號(hào)和色散信號(hào)，將吸收信號(hào)和色散信號(hào)功率的變化轉(zhuǎn)化為輸出電壓的變化；f.將輸出電壓經(jīng)過(guò)前置放大系統(tǒng)后由數(shù)字示波器記錄下輸出電壓變化，然后輸入到計(jì)算機(jī)中，得到自由和束縛光電子信號(hào)的幅度衰減曲線。
上述薄層微晶介質(zhì)材料的光電子特性檢測(cè)方法，所述的兩個(gè)平衡混頻器的參考信號(hào)有90°位相差，輸入到兩個(gè)平衡混頻器的探測(cè)信號(hào)為等幅同相信號(hào)。
上述薄層微晶介質(zhì)材料的光電子特性檢測(cè)方法，所述的吸收信號(hào)的變化對(duì)應(yīng)材料自由光電子的衰減，色散信號(hào)的變化對(duì)應(yīng)束縛光電子的衰減。
上述薄層微晶介質(zhì)材料的光電子特性檢測(cè)方法，所述的微波源的頻率為(Q-band)35.4GHz，采用TE103振蕩模式，激光脈沖寬度35ps。
一種實(shí)現(xiàn)上述薄層微晶介質(zhì)材料光電子特性檢測(cè)方法的裝置，它由激光照射部分、微波相敏檢測(cè)部分、數(shù)據(jù)采集處理部分組成；激光照射部分由激光器和微波諧振腔組成，激光器輸出的激光束由微波諧振腔的進(jìn)光孔進(jìn)入微波諧振腔，微波諧振腔與微波相敏檢測(cè)部分相連接；微波相敏檢測(cè)部分由微波輸出電路、混頻電路、探測(cè)信號(hào)電路組成，微波輸出電路由微波源、隔離器、功率分配器依次連接，混頻電路由兩個(gè)平行混頻器組成，它們分別包括隔離器、混頻器和隔離器、混頻器、移相器，探測(cè)信號(hào)電路由衰減器、環(huán)形器、功率分配器依次連接組成，微波輸出電路的功率分配器分別與混頻電路的隔離器、探測(cè)信號(hào)電路的衰減器相連接，混頻電路的另一端與探測(cè)信號(hào)電路的功率分配器相連接，探測(cè)信號(hào)電路的環(huán)形器與微波諧振腔相連接，在微波輸出電路的功率分配器與混頻電路的隔離器之間連接有移相器；數(shù)據(jù)采集處理部分由前置放大器、示波器組成，前置放大器的輸入端接微波相敏檢測(cè)部分的混頻器的輸出信號(hào)端，前置放大器的輸出端接示波器。
一種實(shí)現(xiàn)上述薄層微晶介質(zhì)材料光電子特性檢測(cè)方法的裝置，它的微波諧振腔采用電偶極子和磁偶極子的組合，進(jìn)光孔開于微波諧振腔的側(cè)壁，微波諧振腔采用TE103振蕩模式微波諧振腔，長(zhǎng)L＝13.416毫米，寬w＝15.000毫米，高h(yuǎn)＝3.556毫米，微波諧振腔內(nèi)表面鍍層銀。
這種薄層微晶介質(zhì)材料的光電子特性檢測(cè)方法及裝置，以微波吸收原理為基礎(chǔ)，通過(guò)檢測(cè)脈沖激光照射后微波諧振腔中薄層材料介電函數(shù)變化對(duì)微波狀態(tài)的影響，并利用微弱信號(hào)的相敏檢測(cè)技術(shù)將微波反射波中吸收信號(hào)和色散信號(hào)分別提取并從背景噪聲中分離出來(lái)，獲得薄層微晶介質(zhì)材料的不同光生載流子——自由光電子和束縛光電子的衰減特性，由光電子衰減曲線計(jì)算光電子壽命，從而實(shí)現(xiàn)了薄層微晶介質(zhì)材料中不同光生載流子的實(shí)時(shí)無(wú)損測(cè)量。


圖1是本發(fā)明的檢測(cè)方法的流程示意2是本發(fā)明的檢測(cè)裝置的微波諧振腔的結(jié)構(gòu)示意中標(biāo)記如下激光照射部分1、微波相敏檢測(cè)部分2、數(shù)據(jù)采集處理部分3、激光器4、微波諧振腔5、微波源6、隔離器7、功率分配器8、隔離器9、混頻器10、隔離器11、移相器12、混頻器13、衰減器14、環(huán)形器15、功率分配器16、匹配負(fù)載17、移相器18、前置放大器19、示波器20、薄層樣品21、激光束22、入射微波23、反射微波24、進(jìn)光孔25、諧振腔長(zhǎng)L、諧振腔寬w、諧振腔高h(yuǎn)具體實(shí)施方式
本發(fā)明的微晶介質(zhì)薄層材料光電子特性檢測(cè)方法包括超短脈沖激光照射部分1、微波相敏檢則部分2和數(shù)據(jù)采集處理部分3。激光照射部分1產(chǎn)生超短脈沖(35ps)的激光22，照射在通過(guò)進(jìn)光孔25側(cè)立于微波諧振腔5中的樣品21上，引起薄層材料介電函數(shù)(ε＝ε′+iε″)的變化，材料介電函數(shù)的實(shí)部ε′和虛部ε″的變化使微波諧振腔中微波的性質(zhì)發(fā)生變化。介電函數(shù)虛部的變化導(dǎo)致薄層介質(zhì)材料對(duì)微波諧振空中微波場(chǎng)的吸收，被吸收的微波功率為ΔP＝ΔV·E2σ＝ΔV·eμE2n自由式中E是微波場(chǎng)強(qiáng)，ΔV是樣品體積，σ是光電導(dǎo)率，μ是遷移率，e是電子的電荷，n自由是自由光電子的濃度。介電函數(shù)實(shí)部的變化使微波諧振腔的諧振頻率ω發(fā)生偏移。由于微波諧振腔的品質(zhì)因數(shù)表達(dá)式Q=υBc=ω2πBc]]>(式中Bc為帶寬)可知，諧振頻率的偏移導(dǎo)致微波諧振腔的品質(zhì)因數(shù)Q發(fā)生改變。
薄層微晶介質(zhì)材料介電函數(shù)的實(shí)部和虛部的變化使微波諧振腔中微波的性質(zhì)發(fā)生了變化，微波諧振腔輸出一個(gè)反射波U′，U′與入射波U的關(guān)系式是U′=URc-ZRc+Z]]>式中Rc是微波諧振腔的阻抗，Z是微波傳輸線(矩形波導(dǎo))的阻抗。微波諧振腔的阻抗為Rc=RQ]]>其中，R是微波諧振腔的諧振電阻，Q是腔的品質(zhì)因數(shù)。微波傳輸線的阻抗是Z=120π1-(λ2a)2]]>
式中的λ是微波的諧振波長(zhǎng)，a是矩形波導(dǎo)的寬。
將反射波U′在ε和β按泰勒級(jí)數(shù)展開并忽略高階項(xiàng)，可以得到反射波U′的展開式Ui′=UQ02β2-12UfQ0ϵ′′+iUQ0β-i12UfQ0ϵ′]]>式中β是諧振頻率的偏差，β=ω-ω′ω′,]]>ω為微波諧振頻率，ω′是偏移后的諧振頻率。ε′和ε″分別是介電函數(shù)的實(shí)部和虛部，f是填充因子，表示薄層微晶介質(zhì)樣品中存貯的能量與微波諧振腔中存貯的能量的比值f=∫sampleϵ0E2dV∫cavity(ϵ0E2+μ0H2)dV]]>其值為0.01～0.1。展開式中第二項(xiàng)是吸收信號(hào)，由ε″決定，與自由光電子的濃度n自由成線性關(guān)系 反射波吸收信號(hào)衰減曲線反應(yīng)出自由光電子從生成到衰減的全過(guò)程。第四項(xiàng)是色散信號(hào)，由ε′決定，與弱束縛光電子的濃度n淺束縛成線性關(guān)系 ，反射波色散信號(hào)衰減曲線反應(yīng)出束縛光電子從生成到衰減的全過(guò)程。第一項(xiàng)和第三項(xiàng)是頻率偏差帶來(lái)的影響，與系統(tǒng)的信噪比有關(guān)，可以在信號(hào)提取時(shí)加以抑制。通過(guò)相敏裝置分離檢出反射波U′的吸收信號(hào)與色散信號(hào)，就可以獲得不同類型光電子的衰減情況和壽命信息。
本發(fā)明的微波相敏檢則部分2的檢測(cè)原理為兩混頻器10、13的輸入端各有一微波探測(cè)信號(hào)的反射信號(hào)Ui′(t)，它由含被測(cè)薄層材料介電函數(shù)變化的電場(chǎng)信號(hào)Aisin(ωt+i)和外界噪聲信號(hào)ni(t)兩部分組成，有Ui(t)＝Aisin(ωt+i)ni(t)；兩混頻器的另外輸入端分另有一微波參考信號(hào)Ur(t)＝Arsin(ωt+r)和 。在每個(gè)混頻器中，探測(cè)信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行混頻，經(jīng)過(guò)相敏檢波處理后，得到結(jié)果S0和S0′為 和 式中＝i-r是探測(cè)信號(hào)與參考信號(hào)位相差， 是兩路參考信號(hào)相位差。
通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)移相器18、12，使輸入混頻器的兩路參考信號(hào)相位差α=π2]]>，可以從兩混頻器中分別將與輸入場(chǎng)相位相同(＝0)和正交 的探測(cè)信號(hào)分離開。與輸入場(chǎng)相位相同的探測(cè)信號(hào)反映樣品對(duì)微波場(chǎng)的吸收情況，而與輸入場(chǎng)相位正交的探測(cè)信號(hào)反映樣品對(duì)微波場(chǎng)的色散情況。
本發(fā)明的微波相敏檢測(cè)部分2由微波輸出電路、混頻電路、探測(cè)信號(hào)電路組成，微波輸出電路由微波源6、隔離器7、功率分配器8依次連接，混頻電路由兩個(gè)平行混頻器組成，它們分別包括隔離器9、混頻器10和隔離器11、移相器12、混頻器13，探測(cè)信號(hào)電路由衰減器14、環(huán)形器15、功率分配器16依次連接組成，微波輸出電路的功率分配器8分別與混頻電路的隔離器9、11、探測(cè)信號(hào)電路的衰減器14相連接，混頻電路的另一端與探測(cè)信號(hào)電路的功率分配器16相連接，探測(cè)信號(hào)電路的環(huán)形器15與微波諧振腔5相連接，在微波輸出電路的功率分配器8與混頻電路的隔離器9、11之間連接有移相器18，環(huán)形器15還接有匹配負(fù)載17。
上述兩個(gè)隔離器9、11和兩個(gè)性能完全相同的混頻器10、13構(gòu)成的平衡混頻器作為相敏檢測(cè)裝置。微波源6發(fā)出的微波經(jīng)過(guò)隔離器7并被功率分配器8分為兩路。其中一路又分為兩路作為參考信號(hào)，這兩路參考信號(hào)是完全相同的信號(hào)，其中的一路由移相器12控制使其位相與另一路相差90，兩路參考信號(hào)與來(lái)自于微波諧振腔5的兩路反射信號(hào)在兩混頻器10、13中進(jìn)行混頻輸出；參考波等幅正交地加在兩個(gè)混頻器上，反射波等幅同相加在混頻器上；混頻器起相敏檢波的作用，可以將與輸入場(chǎng)相位相同和正交的信號(hào)分離開，然后通過(guò)晶體檢波器將微波功率的變化轉(zhuǎn)化為輸出電壓信號(hào)的變化，從而區(qū)分并檢出了不同載流子的行為。
本發(fā)明數(shù)據(jù)采集處理部分3由前置放大器19(最佳帶寬要求為800MHz，最少為300MHz)、數(shù)字熒光示波器20及計(jì)算機(jī)組成。
本發(fā)明選擇合適的微波諧振頻率，設(shè)計(jì)了專門的微波諧振腔5，使腔的固有品質(zhì)因數(shù)和分辨率適合檢測(cè)微晶介質(zhì)薄層材料的要求。選擇微波源6的頻率為(Q-band)35.4GHZ，掃頻范圍±500MHZ，頻率的調(diào)節(jié)范圍為22.3GHz～47.3GHz，調(diào)頻千分尺每移動(dòng)0.01mm，諧振頻率改變25MHz；微波源輸出功率為114mW～152mW。微波源6的工作頻率與輸出功率的調(diào)節(jié)由另一千分尺控制，干分尺每移動(dòng)0.001mm，微波源6的工作頻率改變7MHz。選擇微波諧振腔尺寸適中，微波諧振腔長(zhǎng)L＝13.416毫米，寬w＝15.000毫米，高h(yuǎn)＝3.556毫米。為了增強(qiáng)微波與鹵化銀材料的相互作用，采用TE103振蕩模式，使空內(nèi)電場(chǎng)分布較為集中。為了保證微波諧振腔具有良好的傳導(dǎo)性質(zhì)，以及抑制腔的不均勻性對(duì)微波工作模式的影響，微波諧振腔內(nèi)表面鍍了一層銀。本發(fā)明對(duì)微波諧振腔5的設(shè)計(jì)保證了裝置的高Q值及高時(shí)間分辨率1、腔的固有品質(zhì)因數(shù)在～103的量級(jí)，有載品質(zhì)因數(shù)保持在100～200，微波場(chǎng)與薄層微晶介質(zhì)材料的相互作用較強(qiáng)。2、腔的時(shí)間分辨率在納秒量級(jí)，微波場(chǎng)的變化能準(zhǔn)確反映材料介電性能的改變，檢測(cè)結(jié)果有很高的準(zhǔn)確性和可靠性。
本發(fā)明所選用的微波諧振腔5采用電偶極子和磁偶極子的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)微波諧振腔5的能量耦合，能量耦合裝置的核心是一個(gè)能量耦合孔。進(jìn)光孔開于微波諧振腔5的側(cè)壁，進(jìn)光孔25位置的選擇保證對(duì)腔中場(chǎng)的影響較小，且通過(guò)孔放置入腔中的樣品21位于電場(chǎng)作用最強(qiáng)處，適用于離散分布的微晶構(gòu)成的介質(zhì)薄層材料的檢測(cè)。
本發(fā)明的檢測(cè)薄層微晶介質(zhì)材料光電子特性的方法以微波吸收技術(shù)為基礎(chǔ)，利用相敏系統(tǒng)獲得薄層微晶介質(zhì)樣品自由光電子和束縛光電子的衰減過(guò)程信息，分析這些信息就可以準(zhǔn)確計(jì)算所測(cè)薄層微晶材料的光電子壽命。相敏系統(tǒng)通過(guò)區(qū)分信號(hào)波與參考波混頻后的位相變化，實(shí)現(xiàn)了不同類型載流子信息的分離檢出。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了薄層微晶介質(zhì)材料不同光生載流子——自由光電子和束縛光電子的實(shí)時(shí)無(wú)損測(cè)量，可以應(yīng)用在材料生產(chǎn)流程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)材料質(zhì)量，也可應(yīng)用于對(duì)薄層微晶介質(zhì)材料感光機(jī)理和發(fā)光機(jī)理的研究領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種薄層微晶介質(zhì)材料的光電子特性檢測(cè)方法，它通過(guò)檢測(cè)激光照射下薄層微晶介質(zhì)材料的微波反射波，利用相敏裝置獲得材料光生載流子引起的反射波吸收和色散信號(hào)的變化，即對(duì)應(yīng)著自由光電子和束縛光電子的衰減過(guò)程，由衰減曲線計(jì)算所測(cè)薄層微晶介質(zhì)材料的光電子壽命，其特征在于采用以下步驟進(jìn)行a.將薄層微晶介質(zhì)材料樣品(21)通過(guò)進(jìn)光孔(25)放置在微波諧振腔(5)中；b.微波源發(fā)出的微波經(jīng)過(guò)隔離器并被功率分配器分成兩路，其中一路經(jīng)過(guò)移相器后作為參考信號(hào)等幅輸入兩個(gè)平衡混頻器，另一路作為探測(cè)信號(hào)，經(jīng)過(guò)衰減器和環(huán)行器，進(jìn)入微波諧振腔；c.利用快脈沖激光照射微波諧振腔中的薄層微晶介質(zhì)材料；d.微波諧振腔中的探測(cè)微波的反射波為探測(cè)信號(hào)，它從微波諧振腔輸出后經(jīng)過(guò)環(huán)行器和功率分配器，輸入兩個(gè)平衡混頻器；e.兩個(gè)平衡混頻器將參考信號(hào)與探測(cè)信號(hào)混頻后，利用相敏技術(shù)分離出微波吸收信號(hào)和色散信號(hào)，將吸收信號(hào)和色散信號(hào)功率的變化轉(zhuǎn)化為輸出電壓的變化；f.將輸出電壓經(jīng)過(guò)前置放大系統(tǒng)后由數(shù)字示波器記錄下輸出電壓變化，然后輸入到計(jì)算機(jī)中，得到自由和束縛光電子信號(hào)的幅度衰減曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄層微晶介質(zhì)材料的光電子特性檢測(cè)方法，其特征在于所述的兩個(gè)平衡混頻器的參考信號(hào)有90°位相差，輸入到兩個(gè)平衡混頻器的探測(cè)信號(hào)為等幅同相信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄層微晶介質(zhì)材料的光電子特性檢測(cè)方法，其特征在于所述的吸收信號(hào)的變化對(duì)應(yīng)材料自由光電子的衰減，色散信號(hào)的變化對(duì)應(yīng)束縛光電子的衰減。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的薄層微晶介質(zhì)材料的光電子特性檢測(cè)方法，其特征在于二所述的微波源的頻率為(Q-band)35.4GHz，采用TE103振蕩模式，激光脈沖寬度35ps。
5.一種實(shí)現(xiàn)上述薄層微晶介質(zhì)材料光電子特性檢測(cè)方法的裝置，其特征在于它由激光照射部分[1]、微波相敏檢測(cè)部分[2]、數(shù)據(jù)采集處理部分[3]組成；激光照射部分[1]由激光器[4]和微波諧振腔[5]組成，激光器[4]輸出的激光束由微波諧振腔[5]的進(jìn)光孔進(jìn)入微波諧振腔，微波諧振腔[5]與微波相敏檢測(cè)部分[2]相連接；微波相敏檢測(cè)部分[2]由微波輸出電路、混頻電路、探測(cè)信號(hào)電路組成，微波輸出電路由微波源[6]、隔離器[7]、功率分配器[8]依次連接，混頻電路由兩個(gè)平行混頻器組成，它們分別包括隔離器[9]、混頻器[10]和隔離器[11]、移相器[12]、混頻器[13]，探測(cè)信號(hào)電路由衰減器[14]、環(huán)形器[15]、功率分配器[16]依次連接組成，微波輸出電路的功率分配器[8]分別與混頻電路的隔離器[9][11]、探測(cè)信號(hào)電路的衰減器[14]相連接，混頻電路的另一端與探測(cè)信號(hào)電路的功率分配器[16]相連接，探測(cè)信號(hào)電路的環(huán)形器[15]與微波諧振腔[5]相連接，在微波輸出電路的功率分配器[8]與混頻電路的隔離器[9][11]之間連接有移相器[18]；數(shù)據(jù)采集處理部分由前置放大器[19]、示波器[20]組成，前置放大器[19]的輸入端接微波相敏檢測(cè)部分的混頻器[10][13]的輸出信號(hào)端，前置放大器[19]的輸出端接示波器[20]。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種實(shí)現(xiàn)上述薄層微晶介質(zhì)材料光電子特性檢測(cè)方法的裝置，其特征在于它的微波諧振腔[5]采用電偶極子和磁偶極子的組合，進(jìn)光孔開于微波諧振腔[5]的側(cè)壁，微波諧振腔[5]長(zhǎng)L＝13.416毫米，寬w＝15.000毫米，高h(yuǎn)＝3.556毫米，微波諧振腔[5]內(nèi)表面鍍層銀。
全文摘要
一種薄層微晶介質(zhì)材料的光電子特性檢測(cè)方法及裝置，屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供具有較高靈敏度和分辨率、利用微波無(wú)接觸探測(cè)的一種檢測(cè)薄層微晶介質(zhì)材料光電子特性方法及其裝置。其技術(shù)方案是微波源發(fā)出兩路微波，一路作為參考信號(hào)等幅輸入兩個(gè)平衡混頻器，另一路作為探測(cè)信號(hào)進(jìn)入微波諧振腔；用激光照射微波諧振腔中的薄層微晶介質(zhì)材料；從微波諧振腔中反射出的探測(cè)信號(hào)輸入到兩個(gè)平衡混頻器中；平衡混頻器將參考信號(hào)與探測(cè)信號(hào)混頻后，利用相敏技術(shù)分離出微波吸收信號(hào)和色散信號(hào)，將吸收信號(hào)和色散信號(hào)功率的變化轉(zhuǎn)化為輔出電壓的變化；輸出電壓變化輸入到計(jì)算機(jī)中，得到自由和束縛光電子信號(hào)的幅度衰減曲線。
文檔編號(hào)G01N21/63GK101017145SQ200710061560
公開日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2007年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月6日
發(fā)明者李曉葦, 賴偉東, 楊少鵬, 張連水, 傅廣生 申請(qǐng)人:河北大學(xué)