[发明专利]一种液体电介质载流子平均迁移率的测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种液体电介质载流子平均迁移率的测量装置，包括：在光路上依次布置的He‑Ne激光器、起偏器、四分之一波片A、扩束镜、克尔盒、四分之一波片B、检偏器和CCD高速摄像机；克尔盒内放置待测的液体电介质，平行布置的两个电极板分别接冲击电压发生器和地，在冲击电压发生器施加暂态电压时，根据两个电极板间二维平面截面的光强时空分布反演三维的电场时空分布，基于电场时空分布反演三维的电荷时空分布，基于电荷时空分布确定液体电介质载流子的平均迁移率。本发明还公开了一种液体电介质载流子平均迁移率的测量方法。本发明基于克尔效应测量极板间空间电荷的时空变化，实现暂态电场下液体电介质载流子的迁移率测量。

技术领域

本发明涉及迁移率测量技术领域，具体而言，涉及一种液体电介质载流子平均迁移率的测量装置及方法。

背景技术

迁移率是反映介质中载流子导电能力的重要参数，同样的掺杂浓度，载流子的迁移率越大，材料的导电率越高。迁移率对介质的工作性能有直接的影响，不仅关系导电能力的强弱，也决定载流子运动的快慢。目前，对固体电介质载流子迁移率的测量方法主要包括渡越时间法、霍尔效应法、空间电荷限制电流法等。上述方法多用在半导体材料的迁移率测量和特定的环境中，无法测量暂态电场下载流子的迁移率。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种液体电介质载流子平均迁移率的测量装置及方法，基于克尔效应可测量极板间空间电荷的时空变化，实现暂态电场下液体电介质载流子的迁移率测量。

本发明提供了一种液体电介质载流子平均迁移率的测量装置，所述装置包括：

在光路上依次布置的He-Ne激光器、起偏器、四分之一波片A、扩束镜、克尔盒、四分之一波片B、检偏器和CCD高速摄像机；

所述克尔盒内放置待测的液体电介质，所述克尔盒内平行布置的两个电极板分别接冲击电压发生器和地，以在所述冲击电压发生器施加暂态电压时，根据测量出的两个电极板间二维平面截面的光强时空分布反演三维的电场时空分布，基于所述电场时空分布反演三维的电荷时空分布，并基于所述电荷时空分布确定电荷运动的边界点，根据所述边界点确定所述液体电介质载流子的平均迁移率。

作为本发明进一步的改进，所述He-Ne激光器发出线偏振光，所述起偏器、所述检偏器、所述四分之一波片A的光轴方向、所述四分之一波片B的光轴方向与光路之间的角度分别为45°、-45°、0°、90°，以使产生的圆偏振光水平通过所述克尔盒内两个电极板间隙时产生克尔效应。作为本发明进一步的改进，所述在所述冲击电压发生器施加暂态电压时，根据测量出的两个电极板间二维平面截面的光强时空分布反演三维的电场时空分布，包括：

在施加暂态电压时，所述CCD高速摄像机以一定时间间隔连续拍摄多张RGB图像；

对每张RGB图像进行灰度处理，对灰度图像经过傅立叶变换和高通滤波器滤掉干扰信号，再经过反傅立叶变换得到时域空间图像；

对每张所述时域空间图像，将图像中每个干涉条纹的光强进行归一化处理，得到每个时刻的每个干涉条纹的归一化光强值I/I₀，其中，I表示从所述检偏器输出的光强，I₀表示输入至所述起偏器的光强，再通过反演公式确定每个时刻对应的电场；

将不同时刻的电场分布拟合，得到三维的电场时空分布；

其中，在电场增加时，电场反演公式为：

在电场减小时，电场反演公式为：

式中，E_m表示特征电场，E_m＝(2BL)^-1/2，B表示所述待测液体的克尔常数，L表示上、下电极板的长度，n表示其中一个时刻空间中采样点的数量。