基于马赫-曾德尔干涉仪的聚合物电光系数测量方法的性能改善

　　1　引　言

　　测量电光聚合物的电光系数的方法有多种[1~6]。其中基于马赫2曾德尔(Mach2Zehdner)干涉仪的测量方法由于其显著的优越性而被广泛应用[1,7,8]。通常将聚合物旋涂在镀有氧化铟锡(ITO)电极的玻璃基片上,极化完成后,在聚合物表面再镀上一层金属薄膜作为第二个电极。金属膜通常又作为反射镜使用,光在聚合物中通过两次。测量时,将样品置于一干涉臂中,在两电极上施加电压产生电光效应。为了使测量系统工作在最佳处,通常在参考臂中放入一个楔形或可旋转玻璃片用于调节两干涉臂之间的光程差,使系统处于最佳工作点[1,7]。在通常所采用的氧化铟锡和金属薄膜的双电极结构样品中,如果金属电极对光的反射不能完全被忽略,则两电极会形成一个法布里2珀罗谐振腔[3,9]。因此光在聚合物中不只通过两次,按照通常的分析将产生误差。由于玻璃片和样品的插入所产生的损耗,使得两干涉臂之间的光强不再相等,从而使得干涉仪的可见度减小并进一步降低了测量系统的灵敏度。同时,如果玻璃片和样品的插入使得两干涉臂之间的光程差较大,当光源不能完全看作单色光时,将使得干涉可见度减小。

　　为了提高基于马赫2曾德尔干涉仪的聚合物电光系数测量系统的灵敏度并减小误差,应充分减小电极间的法布里2珀罗谐振效应,使两干涉臂的光强相等并使它们之间的光程差较小。本文对基于马赫2曾德尔干涉仪的聚合物电光系数测量方法进行了改进,提出提高系统性能的方法,并进行了分析和测量。

　　2　测量原理

　　测量系统结构图如图1所示,主要由一个马赫2曾德尔光纤干涉仪组成。压电陶瓷(PZT)用于调节两干涉臂间的相位差,反馈系统可实时调整各种因素导致的系统工作点的漂移,偏振控制器用于调节偏振态,提高干涉效果,采用双透明电极结构,聚合物样品垂直置入测量臂中。通常可以认为聚合物的电光系数的两个独立变量满足关系式γ33=3γ13[10],电光系数γ13为

　　双透明电极的采用,可以减小电极对光的反射,消除法布里2珀罗谐振效应对测量结果的影响。电极采用氧化铟锡膜,氧化铟锡膜的透射率通常可以达到98%。聚合物旋涂在一块镀有氧化铟锡膜的石英玻璃上,测量时用另一块镀有氧化铟锡膜的石英玻璃紧密地靠在聚合物表面形成第二个电极。这样既简化了实验操作,也避免了在聚合物表面镀膜时对聚合物表面造成损伤并导致两电极短路。为了保证电极与聚合物的紧密、可靠和无损接触,采用两片薄磁铁制作了样品支架,如图1中虚线框所示。

　　磁铁1与一片氧化铟锡玻璃固定在基片上,其表面与光路垂直,旋涂有电光聚合物的氧化铟锡玻璃通过磁铁2与磁铁1的吸引力和前一氧化铟锡电极紧密接触,为了避免边缘部分的接触不良,固定氧化铟锡玻璃的面积比待测样品的略小。由于采用透射式测量,所以该测量系统既适合于聚合物薄膜也适合于聚合物光波导。