CN108603829A - 测量小位移的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于测量材料的膨胀/收缩的方法、装置和设备。根据实施例，方法包括：提供装置，所述装置包括：包括所述材料的样本，所述样本包括第一表面和第二表面；第一衬底和第二衬底，其分别连接到所述样本的所述第一表面和所述第二表面；反射材料，其附接到所述第二衬底；和两个电接触件，各自独立地接触所述样本；使用所述电接触件将电压施加于所述样本；使用光源照射所述反射材料，使得所述照射包括具有已知和可控偏振的光；收集从所述反射材料反射的光；测量在反射光的偏振中的振荡变化的幅度和相位；以及从所述反射光测量中提取与膨胀/收缩相关的参数，由此评估所述材料的所述膨胀/收缩性能。

Description

测量小位移的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于测量材料膨胀/收缩(例如机电效应、热膨胀，等等)的装置，并涉及用于测量这种性能的设备和方法。
背景技术
至少从1888年起已知的消光式椭圆偏振已用作研究膜堆叠的介电性能和厚度的技术。在时间过程中，其还用于研究多种表面处理，例如刻蚀、氧化、吸附，等等。此外，消光式椭偏仪在设备方面和方法方面均被改造，从而使其能够监控极化聚合物膜和热生长二氧化硅中的多种电光效应。这些呈现出材料的机电活性的光学表现，例如，压电材料的泡克尔斯效应和电致伸缩体的克尔效应。近来还发现其为研究离子传导和混合离子/电子传导材料中的氧传导的有力工具。
所有前述方法依赖于偏振光与被检测材料之间的相互作用。光穿透材料或与材料表面相互作用。这种相互作用引起光偏振的改变。当光从材料向回反射时，偏振器和探测器用于测量偏振变化，从而评估材料性能。
发明内容
在本发明中，给出研究材料的新型方法。所述方法利用偏振光，与传统方法不同的是，偏振光不与材料或材料表面直接相互作用。在本发明的方法中，待检测材料紧固到反射材料下，使得偏振光(其照射反射材料且从反射材料反射)不与被研究材料本身相互作用。相应地，偏振光仅受到材料的膨胀/收缩(使反射材料发生位移)的影响，而不受材料性能(例如折射指数和表面层组分/厚度)的影响。本发明的新型方法因而允许对材料的膨胀/收缩参数的隔离。相应地，本发明的方法允许使用偏振光容易、快速、准确地测量材料的膨胀/收缩性能。
在一个实施例中，本发明提供利用偏振光跟踪材料膨胀/收缩性能的装置、方法和设备。
在一个实施例中，本发明提供一种用于测量材料的膨胀/收缩性能的装置，所述装置包括：
第一样本，其包括第一材料，所述样本包括第一表面和第二表面；
第一衬底和第二衬底，其分别连接到所述样本的所述第一表面和所述第二表面；
第二样本，其包括接触所述第二衬底的第二材料，；
第三衬底，其连接到所述第二样本；
反射材料，其接触所述第三衬底。
在一个实施例中，所述装置进一步包括：粘接体，其接触所述第三衬底且接触所述反射材料，使得所述反射材料经由所述粘接材料附接到所述第三衬底。在一个实施例中，所述装置进一步包括：第一组的两个电接触件，各自独立地接触所述第一样本；和第二组的两个电接触件，各自独立地接触所述第二样本。在一个实施例中，所述装置进一步包括：加热源，其用于加热所述第一样本、所述第二样本或它们的组合。
在一个实施例中，所述第一材料和所述第二材料中的一种具备已知的膨胀/收缩性能；并且所述第一材料和所述第二材料中的另一种具备未知的膨胀/收缩性能。
在一个实施例中，所述第一材料和所述第二材料具备压电性能、电致伸缩性能、热膨胀性能或它们的组合。
在一个实施例中，所述加热源包括红外激光器。在一个实施例中，所述反射材料在特定波长下具有反射性。在一个实施例中，所述波长是632.8nm。在一个实施例中，所述样本的厚度的范围在1纳米至100毫米之间。在一个实施例中，所述衬底的厚度的范围在10微米至100毫米之间。在一个实施例中，所述粘接体的厚度的范围在从1纳米至1毫米之间。在一个实施例中，反射材料的厚度的范围在从1微米至100毫米之间。在一个实施例中，反射材料的厚度的范围在从275微米至50毫米之间。根据此方面且在一个实施例中，第二衬底足够平坦和光洁，并且其用作反射材料。相应地，在一些实施例中，衬底中的至少一个是反射材料，并且不需要额外的反射材料用于本发明的装置和方法。
在一个实施例中，所述电接触件的厚度的范围在从1纳米至10毫米之间。在一个实施例中，反射材料经粘接材料附接到衬底。在一个实施例中，粘接材料包括制模粘土。在一个实施例中，所述第一衬底、第二衬底或它们的组合包括氧化铝。在一个实施例中，所述电接触件包括Ag、Au、Cu、Pd、Pt、Sn或它们的组合。在一个实施例中，所述电接触件包括导电涂料，例如银涂料。
在一个实施例中，本发明提供一种用于测量材料的膨胀/收缩性能的系统，所述系统包括：
装置，其包括：
样本，其包括所述材料，所述样本包括第一表面和第二表面；
第一衬底和第二衬底，其分别连接到所述样本的所述第一表面和所述第二表面；
可选的两个电接触件，各自独立地接触所述样本；
可选的加热源，其用于加热所述样本；
或者：
装置，其包括：
第一样本，其包括第一材料，所述样本包括第一表面和第二表面；
第一衬底和第二衬底，其分别连接到所述样本的所述第一表面和所述第二表面；
第二样本，其包括接触所述第二衬底的第二材料；
第三衬底，其连接到所述第二样本；
可选地，第一组的两个电接触件，其中各自独立地接触所述第一样本；和第二组的两个电接触件，各自独立地接触所述第二样本；
可选的加热源，其用于加热所述第一样本、所述第二样本或它们的组合；
基底；
可移动臂，其包括第一和第二端；
弹簧；
反射材料，其附接到所述臂的顶表面；
其中，所述可移动臂的所述第一端与所述基底关联，所述可移动臂的所述第二端(或者接近于第二端的部分)与所述弹簧关联；所述弹簧附接到所述基底；并且所述装置位于所述基底的顶部上并位于所述可移动臂下。
在一个实施例中，本发明提供一种测量材料的膨胀/收缩性能的方法，所述方法包括：
提供装置，所述装置包括：
样本，其包括所述材料，所述样本包括第一表面和第二表面；
第一衬底和第二衬底，其分别连接到所述样本的所述第一表面和所述第二表面；
反射材料，其附接到所述第二衬底；
可选的两个电接触件，各自独立地接触所述样本；
可选的加热源，其用于加热所述样本；
可选地使用所述电接触件将电压施加于所述样本；
可选地加热所述样本；
使用光源照射所述反射材料，使得所述照明包括具有已知和可控偏振的光；
收集从所述反射材料反射的光；
测量在反射光偏振中的振荡变化的幅度和相位；
从所述反射光测量中提取与膨胀/收缩相关的参数，由此评估所述材料的所述膨胀/收缩性能。
在一个实施例中，本发明的系统和方法中的装置进一步包括：粘接体，其接触所述衬底且接触所述反射材料，使得所述反射材料经由所述粘接材料附接到所述衬底。
在一个实施例中，所述光源是He-Ne激光器。在一个实施例中，使用探测器进行收集所述反射光。在一个实施例中，所述方法允许定性评估所述膨胀/收缩性能。
在一个实施例中，本发明提供一种测量材料的膨胀/收缩性能的方法，所述方法包括：
提供装置，所述装置包括：
第一样本，其包括第一材料，所述样本包括第一表面和第二表面；
第一衬底和第二衬底，其分别连接到所述样本的所述第一表面和所述第二表面；
第二样本，其包括接触所述第二衬底的第二材料；
第三衬底，其连接到所述第二样本；
反射材料，其接触所述第三衬底；
可选地，第一组的两个电接触件，各自独立地接触所述第一样本；和第二组的两个电接触件，其中各自独立地接触所述第二样本；
可选的加热源，其用于加热所述第一样本、所述第二样本或它们的组合；
测量所述第一样本，所述测量包括：
可选地使用所述电接触件将电压施加于所述第一样本；
可选地使用所述加热源加热所述第一样本；
通过光源照射所述反射材料，使得所述照射包括具有已知和可控偏振的光；
收集从所述反射材料反射的光；
测量在反射光偏振中的振荡变化的幅度和相位；
从所述反射光测量中提取与膨胀/收缩相关的参数，由此评估所述材料的所述膨胀/收缩性能。
测量所述第二样本，所述测量包括：
可选地使用所述电接触件将电压施加于所述第二样本；
可选地使用所述加热源加热所述第二样本；
通过光源照射所述反射材料；
收集从所述反射材料反射的光；
测量在反射光偏振中的振荡变化的幅度和相位；
从所述反射光测量中提取与膨胀/收缩相关的参数，由此评估所述材料的所述膨胀/收缩性能。
将从所述第一样本测量提取的参数与从所述第二样本测量提取的参数相比较，由此评估所述材料的所述膨胀/收缩性能。
在一个实施例中，所述装置进一步包括：粘接体，其接触所述第三衬底且接触所述反射材料，使得所述反射材料经由所述粘接材料附接到所述第三衬底。
在一个实施例中，测量第二样本的步骤先于测量第一样本的步骤进行。
在一个实施例中，所述第一材料和所述第二材料中的一种具备已知的膨胀/收缩性能；并且所述第一材料和所述第二材料中的另一种具备未知的膨胀/收缩性能。
在一个实施例中，所述方法允许定量评估材料的膨胀/收缩性能。在一个实施例中，所述定量评估包括：评估所述材料的压电系数或电致伸缩系数。在一个实施例中，所述方法允许定性评估材料膨胀/收缩性能。
在一个实施例中，本发明提供一种用于测量材料的膨胀/收缩性能的设备，所述设备包括：
第一装置或第二装置，其中：
所述第一装置包括：
样本，其包括所述材料，所述样本包括第一表面和第二表面；
第一衬底和第二衬底，其分别连接到所述样本的所述第一表面和所述第二表面；
粘接体，其接触所述第二衬底；
反射材料，其接触所述粘接体；
可选的两个电接触件，各自独立地接触所述样本；
可选的加热源，其用于加热所述样本；
所述第二装置包括：
第一样本，其包括第一材料，所述样本包括第一表面和第二表面；
第一衬底和第二衬底，其分别连接到所述样本的所述第一表面和所述第二表面；
第二样本，其包括接触所述第二衬底的第二材料；
第三衬底，其连接到所述第二样本；
粘接体，其接触所述第三衬底；
反射材料，其接触所述粘接体；
可选地，第一组的两个电接触件，各自独立地接触所述第一样本；和第二组的两个电接触件，各自独立地接触所述第二样本；
可选的加热源，其用于加热所述第一样本、所述第二样本或它们的组合；
光源，其用于照射所述反射材料；
第一偏振器，其用于使所述光偏振；
可选的四分之一波片；
第二偏振器，其用于使从所述反射材料反射的光偏振；
探测器，其用于收集从所述反射材料反射的光；
可选的电源，其用于将电压施加于所述样本；
用于测量在反射光偏振中的振荡变化的幅度和相位的机构；
用于从所述反射光测量中提取与膨胀/收缩相关的参数、由此评估所述材料的所述膨胀/收缩性能的机构。
在一个实施例中，所述设备包括椭偏仪。在一个实施例中，椭偏仪是消光式椭偏仪、锁相式椭偏仪或它们的组合。
在一个实施例中，所述用于提取膨胀/收缩参数的机构包括：计算机程序、算法、软件或它们的组合。
在一个实施例中，本发明提供一种制备用于测量材料的膨胀/收缩性能的装置的过程，所述过程包括：
提供包括所述材料的样本，所述样本包括第一表面和第二表面；
将第一衬底附接到所述样本的所述第一表面；
将第二衬底附接到所述样本的所述第二表面；
将反射材料附接到第二衬底。
在一个实施例中，所述过程进一步包括：将粘接材料施加于第二衬底，使反射材料经粘接材料附接到第二衬底。在一个实施例中，所述过程进一步包括：将第一电接触件施加于第一样本的第一表面并将第二电接触件施加于第一样本的第二表面。在一个实施例中，第二衬底也用作反射材料。根据此方面且在一个实施例中，将反射材料附接到第二衬底的步骤被省略。
在一个实施例中，本发明提供一种制备用于测量材料的膨胀/收缩性能的装置的过程，所述过程包括：
提供包括材料的第一样本，所述样本包括第一表面和第二表面；
将第一衬底附接到所述第一样本的所述第一表面；
将第二衬底附接到所述第一样本的所述第二表面；
提供包括材料的第二样本，所述样本包括第一表面和第二表面；
将第二样本附接到第二衬底；
将第三衬底附接到第二样本的所述第二表面；
将反射材料附接到第三衬底。
在一个实施例中，第三衬底也用作反射材料。根据此方面且在一个实施例中，将反射材料附接到第三衬底的步骤被省略。
在一个实施例中，所述过程进一步包括：将第一电接触件施加于所述第一样本的所述第一表面并将第二电接触件施加于所述第一样本的第二表面，和将第三电接触件施加于所述第二样本的第一表面并将第四电接触件施加于所述第二样本的第二表面。在一个实施例中，所述过程进一步包括：将粘接材料施加于第三衬底，使得反射材料经由粘接材料附接到第三衬底。在一些实施例中，第三衬底足够平坦和光洁，并且其用作反射材料。
在一个实施例中，在本发明的过程中，粘接体是制模粘土。
在一个实施例中，在本发明的过程中，反射材料包括平坦度为λ/10的光学平面、SiO2或Si。在一个实施例中，反射材料对用于照射反射材料的波长具有反射性。
在一个实施例中，在本发明的过程中，施加电接触件通过粘贴(例如粘贴银涂料)进行。
在一个实施例中，在本发明的过程中，施加粘接体通过选自将所述粘接体粘贴、接触、挤压、胶粘、旋转涂覆、滴覆、或者刷到衬底或衬底上的方法而进行。
在一个实施例中，在本发明的过程中，施加反射材料是通过使反射材料与粘接体接触、或者使反射材料与衬底直接接触而进行。
在一个实施例中，在本发明的过程中，所述过程各步骤的顺序切换，使得每个附接步骤可在任意其它附接步骤之前或之后进行。例如，将衬底附接到第二样本可先于衬底附接到第一样本而执行。将反射材料附接到衬底可在样本－衬底附接的任意步骤之前或之后执行。任意衬底的附接可在任意其它衬底附接到第一或第二样本中的任一个之前或之后进行。粘接剂的施加可在其它过程步骤之前或之后进行，将电接触件施加于任意衬底/样本可在任意其它过程步骤之前或之后进行，如本领域普通技术人员已知的那样。在装置制备的实施例中，其中所述过程进一步包括：将第一电接触件施加于任意样本的第一表面，和将第二电接触件施加于任意样本的第二表面，所述电接触件在一个实施例中可施加于样本自身，和/或在一些实施例中施加于衬底的与样本接触的表面。
附图说明
被认为是本发明的主题被特别指出并且在说明书的结论部分中明确要求保护。然而，本发明(关于操作结构和方法两者)和其目的、特征和优点一起通过在阅读附图时参照以下详细描述可以被最佳地理解，其中：
图1A-1C：(图1A)具有机电活性样本的锁相式椭偏仪器的示意图；(图1B)在陶瓷PZT颗粒(P-51)上进行的测量，显示出与施加电压的线性相关性(水平阶梯＝UAC[V]，方顶＝读数[pA])；(图1C)可以进行信号测量的宽范围的频率(上曲线＝读数[pA]，下曲线＝Phi[°]，响应的相移)。
图2A-2B：(图2A)单独样本试验的样本结构；(图2B)对照试验。
图3A-3C：(图3A)使用光学平面作为反射表面(替代硅晶圆)；(图3B)信号幅度减小，而信噪比改善(水平阶梯＝UAC[V]，方顶＝读数[pA])；(图3C)幅度在宽频率范围的稳定性也已改善(上曲线＝读数[pA]，下曲线＝Phi[°]，响应的相移)。
图4A-4C：单晶LiTaO3的光学响应；(图4A)与施加电压的线性相关性；(图4B)在宽频率范围内光学响应与施加电压的频率的相关性(下曲线＝读数[pA]，上曲线＝Phi[°]，响应的相移)；(图4C)GDC5a的陶瓷颗粒的光学响应，显示出与施加电压的二次相关性。
图5A-5D：两个PZT样本的光学响应(光学平面作为反射表面)；(图5A)门(臂)设备，实现以仅收集每个样本沿Z方向的振动并将其转变为开门程度的振荡；(图5B)顶和底PZT的响应(在471Hz下UAC＝6V，以入射角50°,56°,60°,70°,80°测量)；(图5C)顶和底PZT的响应之间的比率是1.74±0.21；(图5D)在宽频率范围内顶PZT的响应与施加电压的频率的相关性(下曲线＝读数[pA]，上曲线＝Phi[°]，响应的相移)。
图6：使用修改的“门”设备时的机电效应(或其它效应)的光学测量的示意图，修改的“门”设备具有两个可选构造：“开枢转”反射或者“关枢转”反射(关枢转是用于所有下述的“门”设备示例的选项)。在两种情况下，硅晶圆用作反射表面。
图7A-7B：(图7A)PZT样本(一组两个(上下相互胶粘，通过氧化铝片分开)中的顶样本)的响应与施加电压(471Hz，以范围从50°至80°的多个入射角测量，使用硅晶圆作为反射表面)的函数；(图7B)相对于两个PZT样本的施加电压的响应的斜率与入射角的函数，显示出由于硅的光学性能的在约75°处的敏感性峰值。
图8A-8C：对于商业购买样本-PZT(压电)在PMN-PT(电致伸缩)上进行的对照测量的示例；(图8A)安装有样本的门设备；(图8B)预期的来自电致伸缩材料的抛物线形曲线，作为由于施加电压所致的光学响应；(图8C)压电样本的光学响应与施加电压的线性相关性。
图9A-9C：使用门设备对两个商业购买电致伸缩样本(PMN-PT)进行的对照测量；图9A——响应作为施加AC(交流)电压的函数，显示出预期的来自电致伸缩材料的抛物线形曲线；图9B——响应作为施加AC电压的函数，显示出两个样本的响应之间的类似比率——进行两组测量，而仅切换附接到门的弹簧，左方组显示出使用弱弹簧获得的结果，右方组显示出使用强弹簧获得的结果，给出关于所希望条件的多样性——在两个样本之间的信号真实比率下测量或者增大对顶样本的敏感性，在这两种情况下所述比率均独立于施加电压幅度；图9C——装置的示意图，左＝弱弹簧，右＝强弹簧。
图10：对于PMN-PT电致伸缩材料进行的频率扫描，显示出可进行测量的宽频率范围；在测量时，系统谐振峰值可清楚观察到。
图11A-11C：(图11A)在简化版本的光学设置上进行的测量的示例；在此情况下，使用分立的椭偏仪，而其四分之一波片已被移除。使用门设备测量的样本是压电样本(PZT)。此方案显示出，虽然存在一些敏感度减小，但是可能有利的是，构建较简单的光学设置以实现甚至更大的稳健性和更少的生产成本；(图11B)光学信号显示出如预期的来自压电样本的与施加电压的清楚的线性相关性；(图11C)光学信号的相位几乎独立于施加电压。
应认识到，为了例示简单清楚，图中所示各元件不必按比例绘制。例如，为了清楚起见，一些元件的尺度可能相对于其它元件被夸大。进一步地，如果适当考虑的话，附图标记在图中可重复使用以指示对应的或类似的元件。
具体实施方式
在以下详细描述中，提出多个具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，本领域技术人员应理解，本发明可在没有这些具体细节的情况下实施。在其它情况下，已知的方法、过程和部件未详细描述，以不与本发明混淆。
消光式椭偏仪从19世纪末已知，其对于膜堆叠的折射系数和厚度具有敏感性。从那时起，消光式椭偏仪在设备方面和在方法方面被改造而使其能够监控多种电光效应。
已发现，消光式椭偏仪还对于反射平面的微小振动敏感。这种敏感性源自光源的缺陷，激光束发散。例如，反射表面(例如硅晶圆或SiO2光学平面，λ/10)安装在机电活动样本上，使得仅位移可传递到反射表面。小至20pm的振动在振动频率下产生能够探测到的光学响应。这种响应随振动幅度而线性增减。
这种发现指向椭圆偏振领域中尚未探索的前景。根据在下文中证实的结果，在极宽频率范围内的敏感性、应用性以及相对于常用干涉量度学的易处理性，使得具有锁相式探测的消光式椭偏仪成为最敏感的先进干涉仪的良好的可替代品。
理论背景：
在一个实施例中，本发明提供一种用于测量材料膨胀/收缩的装置、方法和设备。在一些实施例中，这样的膨胀/收缩是由于机电效应或热膨胀的结果。在一个实施例中，本发明提供一种用于测量材料机电性能的方法。在一个实施例中，本发明提供一种用于测量压电材料的方法。
在一个实施例中，测量设置使用He-Ne激光器作为其光源(JDSU 1125P)。虽然使用这样的源在用于传统的椭圆偏振测量时具有多种优点(聚焦、稳定、一致、单色)，但是也存在与这种使用相关联的困难，源于已知的激光束缺陷。一个这样的障碍是光束发散，即，光束直径随光束传播而增大的角度。
在传统的椭圆偏振测量中，这种效应可妨碍测量并将复杂性引入结果解读中。
对照而言，本发明的方法利用这种效应。在本发明的各方法的实施例中，这样的光束性能被利用如下：
包括膨胀/收缩性能的材料样本被反射材料覆盖。偏振光照射反射材料并从反射材料反射且由探测器收集。
例如通过将电压施加于机电活性样本或者通过改变热膨胀活性样本的温度，将膨胀/收缩变化施加于样本上。
响应于施加电压或温度变化，样本经历膨胀/收缩。与样本膨胀/收缩相关联的运动传递到附接或连接到样本的反射表面。反射表面因而经历位移(在一些实施例中是空间和角度)。由于光束发散，因而这种位移改变光束的光路，引起微小的光束离焦。偏振光的入射角因而改变，从而改变反射光束的方向和偏振。这种改变被探测器读取并用于评估样本的膨胀/收缩性能。如前所述，偏振光不到达材料本身。偏振光仅照射附接/连接到检测中的样本的反射材料和从该反射材料反射。
本发明的实施例利用这些效应，并且本发明的方法中的测量信号由于前述效应所致。由于在传统消光式椭圆偏振中，非常不希望样本运动的事实，因而标准的椭圆偏振计算并不考虑光束发散。这样，不存在文献数据提及这种敏感性。
本发明的装置和系统：
在一个实施例中，本发明提供一种用于测量材料的膨胀/收缩性能的新型装置。本发明的新型装置被构造用于光学测量，其中，用于测量样本的光不与被检测材料本身相互作用。本发明的装置包括至少部分地由反射材料覆盖的材料样本。用于测量材料性能的光照射反射材料，并从反射材料反射到探测器。以此方式，由于样本膨胀/收缩所致的反射材料位移被探测光所感测。由于光不到达样本，因而消除了光与材料的相互作用，并且相应地，这样的相互作用不会干扰位移测量。
在一个实施例中，本发明提供一种用于测量材料的膨胀/收缩性能的装置，所述装置包括：
样本，其包括所述材料，所述样本包括第一表面和第二表面；
第一衬底和第二衬底，其分别连接到所述样本的所述第一表面和所述第二表面；
反射材料，其附接到所述第二衬底。
在一个实施例中，所述装置进一步包括：粘接体，其接触所述第二衬底且接触所述反射材料，使所述反射材料经由所述粘接材料附接到所述衬底。
在一个实施例中，所述装置进一步包括：两个电接触件，各自独立地接触样本。在一个实施例中，所述装置进一步包括：加热源以用于加热所述样本。
在一个实施例中，所述材料具备压电性能、电致伸缩性能、热膨胀性能或它们的组合。在一个实施例中，所述加热源包括红外激光器。在一个实施例中，所述反射材料在特定波长下具有反射性。在一个实施例中，所述波长是632.8nm。
在一个实施例中，所述样本的厚度的范围在1纳米至100毫米之间。在一个实施例中，所述衬底的厚度的范围在10微米至100毫米之间，或在数微米和100毫米之间，或在1微米和100毫米之间。在一个实施例中，所述粘接体的厚度的范围在从1纳米至1毫米之间。在一个实施例中，反射材料的厚度的范围在从1微米至100毫米之间。在一个实施例中，所述反射材料的厚度的范围在从275微米至50毫米之间。根据此方面且在一个实施例中，第二衬底足够平坦和光洁，并且其用作反射材料。相应地，在一些实施例中，衬底中的至少一个是反射材料，并且不需要额外的反射材料用于本发明的装置和方法。在一个实施例中，所述电接触件的厚度的范围在1纳米至10毫米之间。
在一个实施例中，反射材料经由粘接材料附接到衬底。在一个实施例中，粘接材料包括制模粘土。在一个实施例中，所述第一衬底、第二衬底或它们的组合包括氧化铝。
在一个实施例中，所述电接触件包括Ag、Au、Cu、Pd、Pt、Sn或它们的组合。在一个实施例中，所述电接触件包括导电涂料，例如银涂料。
在一个实施例中，本发明提供一种用于对照测量材料的膨胀/收缩性能的新型装置。如前所述，本发明的新型装置被构造用于光学测量，其中用于测量样本的光不与材料本身相互作用。在一个实施例中，本发明的装置包括两个样本。一个样本具有已知的膨胀/收缩性能(例如已知的压电系数)。另一样本包括具有未知的膨胀/收缩性能(例如，未知的压电系数)的材料。两个样本被上下安装，并且最顶部的样本至少部分地被反射材料覆盖(见图2B)。在一些实施例中，间隔体插入两个样本之间。用于测量材料性能的光照射反射材料并从反射材料反射到探测器。为了在两个样本之间比较，对样本之一引发膨胀/收缩(例如，通过施加电压或通过对样本加热)，并如前所述地执行光学测量。在此第一测量之后，对第二样本引发膨胀/收缩，并如前所述地执行光学测量。由于被检测的未知的样本的膨胀/收缩所致的反射材料的位移模式通过探测光被感测，并与已知样本的位移模式进行比较。被检测的未知样本的膨胀/收缩参数因而被评估。由于光不到达样本，因而消除了光与材料的相互作用，并且相应地，这样的相互作用不会干扰位移测量。
在一个实施例中，在其，一个样本包括未知材料且另一样本包括已知材料的对照测量之前，校准测量执行如下：
具有已知性能的两个样本在装置中上下安装，如前所述(见图2B)。测量这些已知样本中的每个的膨胀/收缩性能，并比较这两个测量值。以此方式，与样本位置(例如，顶样本－底样本)相关联的结果变化被评估。当未知样本被测量时，归因于样本位置的任何变化可以从结果中减去以实现更好的准确性。对于这样的测量和计算的示例呈现在下文的示例4中，以用于包括可移动臂的设备。
在一个实施例中，本发明提供一种用于测量材料的膨胀/收缩性能的装置，所述装置包括：
第一样本，其包括第一材料，所述样本包括第一表面和第二表面；
第一衬底和第二衬底，其分别连接到所述样本的所述第一表面和所述第二表面；
第二样本，其包括接触所述第二衬底的第二材料；
第三衬底，其连接到所述第二样本；
反射材料，其接触所述第三衬底。
在一个实施例中，所述装置进一步包括：粘接体，其接触所述第三衬底且接触所述反射材料，使得所述反射材料经由所述粘接材料附接到所述第三衬底。在一个实施例中，所述装置进一步包括：第一组的两个电接触件，各自独立地接触所述第一样本；和第二组的两个电接触件，各自独立地接触所述第二样本。在一个实施例中，所述装置进一步包括：加热源，以用于加热所述第一样本、所述第二样本或它们的组合。
在一个实施例中，所述第一材料和所述第二材料中的一种具备已知的膨胀/收缩性能；所述第一材料和所述第二材料中的另一种具备未知的膨胀/收缩性能。
在一个实施例中，所述第一材料和所述第二材料具备压电性能、电致伸缩性能、热膨胀性能或它们的组合。
在一个实施例中，所述加热源包括红外激光器。
在一个实施例中，所述反射材料在特定波长下具有反射性。在一个实施例中，所述波长是632.8nm。
在一个实施例中，所述样本的厚度的范围在1纳米至100毫米之间。在一个实施例中，所述衬底的厚度的范围在1微米至100毫米之间、或在10微米至100毫米之间。在一个实施例中，所述粘接体的厚度的范围在1纳米至1毫米之间。在一个实施例中，反射材料的厚度的范围在1微米至100毫米之间。在一个实施例中，所述电接触件的厚度的范围在1纳米至10毫米之间。
在一个实施例中，反射材料经由粘接材料附接到衬底。在一个实施例中，所述粘接材料包括制模粘土。在一个实施例中，所述第一衬底、第二衬底、第三衬底或它们的组合包括氧化铝。在一个实施例中，所述电接触件包括Ag、Au、Cu、Pd、Pt、Sn或它们的组合。在一个实施例中，所述电接触件包括导电涂料，例如银涂料。
在一个实施例中，如前所述用于对照测量(但不必用于连接到衬底的反射材料)的新型装置进一步包括：可移动“臂”，使得装置安装在可移动臂下。根据此方面，臂连接到控制臂运动的弹簧。这种装置的实施例图示在图5A中。所述臂在一些实施例中也被称为“门”。两个样本(其中一个具有已知性能，而另一个具有未知性能)安装在如前所述且如图5A中所示的对照装置中。反射材料施加于臂的上部分，如图5A中所示。反射材料在一个实施例中可以是光学平面。在测量过程中样本的膨胀/收缩引起臂的运动，并且这种运动影响照射反射材料的偏振光。结果，光的偏振被改变，并且这种改变被探测器所探测。在一些实施例中，用于“臂”设备的装置中的顶衬底接触臂或者接触连接到臂的部件，如图5A中所示。
使用这种设定，则可能干扰测量的除了竖直位移的因素得以消除。例如，除了样本中的非均匀性以外，剪切和旋转分量通过使用这种设定得以消除。
根据此方面而且在一个实施例中，本发明提供一种用于测量材料的膨胀/收缩性能的系统，所述系统包括：
装置，其包括：
样本，其包括所述材料，所述样本包括第一表面和第二表面；
第一衬底和第二衬底，其分别连接到所述样本的所述第一表面和所述第二表面；
可选的两个电接触件，各自独立地接触所述样本；
可选的加热源，其用于加热所述样本；
或者：
装置，其包括：
第一样本，其包括第一材料，所述样本包括第一表面和第二表面；
第一衬底和第二衬底，其分别连接到所述样本的所述第一表面和所述第二表面；
第二样本，其包括接触所述第二衬底的第二材料；
第三衬底，其连接到所述第二样本；
可选地，第一组的两个电接触件，各自独立地接触所述第一样本；和第二组的两个电接触件，个独立地接触所述第二样本；
可选的加热源，其用于加热所述第一样本、所述第二样本或它们的组合；
基底；
可移动臂，其包括第一和第二端；
弹簧；
反射材料，其附接到所述臂的顶表面；
其中，所述可移动臂的所述第一端与所述基底关联，所述可移动臂的所述第二端(或第二部分)与所述弹簧关联；所述弹簧附接到所述基底；并且所述装置位于所述基底的顶部上并位于所述可移动臂下。在一些实施例中，顶衬底接触所述臂或者接触与所述臂接触的部件。
材料
在一个实施例中，本发明的方法和设备可应用于呈现收缩性/膨胀性的所有材料。在一个实施例中，本发明的方法和设备可应用于呈现机电效应的所有材料。在一个实施例中，本发明的方法和设备可应用于呈现热膨胀的所有材料。任意类型的机电效应或热膨胀可通过本发明的方法和设备测量。在一个实施例中，本发明的样本包括具备压电性能的材料。在一个实施例中，材料是压电材料。在一个实施例中，本发明的压电材料包括：钽酸锂、铌酸锂、PZT(锆钛酸铅)、SiO2(石英)，热生长SiO2。
在一个实施例中，本发明的样本包括具备电致伸缩性能的材料。在一个实施例中，材料是电致伸缩材料。在一个实施例中，本发明的电致伸缩材料包括：钽酸锶、PMN-PT(铌镁酸铅-钛酸铅)、GDC(钆掺杂氧化铈)。
在一个实施例中，电接触件包括银涂料、Au、Ag、Cu、Pd、Pt、Sn或它们的组合。在一个实施例中，任意材料可用于电接触件，只要其受机械应力(例如由于机电效应引起)影响最小即可。
在一个实施例中，样本和电接触件被夹在两个衬底之间，例如，如图1A中所示。在一个实施例中，衬底包括氧化铝或由氧化铝构成。在一个实施例中，用作衬底的材料是实体硬材料。在一个实施例中，用作衬底的材料是任意材料，只要其受到机械应力(例如由于机电效应引起)的影响最小即可。相应地，衬底传递空间位移，而不传递间接效应，例如，弯曲、扭转或垂直于位移的膨胀/收缩。在一个实施例中，样本使用银涂料胶粘到衬底。其它用于接触样本和衬底的方法和材料在本发明的实施例中使用，如本领域普通技术人员已知的那样。
在一个实施例中，所述装置包括：粘接体，其用于使衬底接触至反射材料。在一个实施例中，当施加于衬底/反射材料时，粘接体为液体形态，或为凝胶形态，或为粘流体形态。这样的粘接体用于将衬底胶粘到反射材料。在一个实施例中，一旦粘胶与衬底和与反射材料接触，则粘胶被干燥和固化。相应地，当所述装置安装用于探测时，粘胶为固体形态。在一个实施例中，粘接体包括：粘胶、粘土、泥团、例如胶泥或代用粘土的制模粘土、聚合物或者它们的组合。在一个实施例中，粘接体包括粘接带、双面粘接带。在一个实施例中，粘接材料的要求是：在测量过程中，其受到因样本的机电效应引起的机械应力的影响将最小或者不受该机械应力影响。因此，这样的粘接体传递空间位移，而不吸收运动效应(这不同于将会用作振动阻尼体的凝胶和橡胶)。
在一个实施例中，所述装置包括反射材料。在一个实施例中，反射材料在特定波长下具有反射性。在一个实施例中，反射材料在本发明的椭偏仪设备中所用光源的波长下具有反射性。在一个实施例中，反射材料在特定的波长范围内具有反射性。在一个实施例中，反射材料在632.8nm的波长下具有反射性。在一个实施例中，反射材料包括硅晶圆。在一个实施例中，反射材料包括光学平面。在一个实施例中，反射材料是任意平坦反射材料。在一个实施例中，反射材料优选地是具有最小消光系数的反射材料。
几何形状：
在一个实施例中，样本、衬底和反射材料各自采取薄件/部分的形式，其包括两个目视平坦的大表面和一个或多个边缘。在一个实施例中，在本发明的装置中，薄部分以层结构布置，其中每个部分形成层(例如，如图1A中所述)。在一个实施例中，样本/衬底的大表面接触装置的其它元件(层)。在一个实施例中，所述两个表面垂直于装置的层的堆叠方向。在一个实施例中，样本和衬底的布置在图1A中描述。可以看到，样本的两个大表面和衬底的两个大表面垂直于穿过装置衬底/样本部件/元件的堆叠的虚拟线。
元件、尺度和值：
在一个实施例中，样本厚度范围在1纳米至几十毫米之间。在一个实施例中，电接触件厚度范围从纳米至数毫米。在一个实施例中，反射材料厚度范围从微米至几十毫米。在一个实施例中，对反射材料的唯一要求是具有反射表面。根据此方面和在一个实施例中，反射材料的厚度与其功能无关。因此反射材料可以为任意厚度，只要其具有反射表面即可。在一个实施例中，衬底厚度范围在几十或几百微米至几十毫米之间。在一个实施例中，衬底的唯一要求是避免传递机械应力/防止弯曲。根据此方面和在一个实施例中，衬底的厚度与其功能无关。因此衬底可具有任意厚度，只要其执行其功能即可。在一个实施例中，粘接体厚度范围在1或数纳米至数百微米之间。
在一个实施例中，前述元件中的每个元件的厚度可采取适于测量的任意值。
在一个实施例中，反射表面通过具有波长632.8nm的光源照射。在一个实施例中，光源是激光器。在一个实施例中，激光器是He-Ne激光器。在一个实施例中，所用波长是兼容椭偏仪的光学元件的波长(例如632.8nm)。在一个实施例中，所述源是发光二极管(LED)。在一个实施例中，源波长选自465nm、525nm、580nm、635nm。使用不同波长的不同系统可用于本发明的各实施例中。可使用任意波长，只要椭偏仪的光学元件与其兼容即可。多种其它类型的激光器和其它光源可用于本发明的实施例中，如本领域技术人员所知的那样。
照射所述表面的光从所述表面反射。从反射材料的表面反射的光经过分析器并到达探测器，如图1A中所示。在一个实施例中，用于反射光的探测器包括光电二极管(图1A中的P.D.)。需要锁相式放大以探测可测量的信号。
在一个实施例中，所述装置进一步包括控制样本。在一个实施例中，控制样本是具有已知收缩/膨胀性能的样本。在一个实施例中，控制样本是具有已知机电性能的样本。例如控制样本包括具有已知压电系数的材料。在一个实施例中，来自控制样本的测得信号与来自已检测样本的测得信号进行比较，由此，提取待检测样本的收缩/膨胀参数，例如机电性能。
本发明的方法：
在一个实施例中，本发明提供一种测量材料的膨胀/收缩性能的方法，所述方法包括：
提供装置，所述装置包括：
样本，其包括所述材料，所述样本包括第一表面和第二表面；
第一衬底和第二衬底，其分别连接到所述样本的所述第一表面和所述第二表面；
反射材料，其附接到所述第二衬底；
可选的两个电接触件，各自独立地接触所述样本；
可选的加热源，其用于加热所述样本；
可选地使用所述电接触件将电压施加于所述样本；
可选地加热所述样本；
使用光源照射所述反射材料，使得所述照明包括具有已知和可控偏振的光；
收集从所述反射材料反射的光；
测量在反射光偏振中的振荡变化的幅度和相位；
从所述反射光测量中提取与膨胀/收缩相关的参数，由此评估所述材料的所述膨胀/收缩性能。
在一个实施例中，所述装置进一步包括：粘接体，其接触所述第二衬底且接触所述反射材料，使得所述反射材料经由所述粘接材料附接到所述第二衬底。
在一个实施例中，所述光源是He-Ne激光器。在一个实施例中，使用探测器进行所述收集所述反射光。在一个实施例中，所述方法允许定性评估所述膨胀/收缩性能。
在一个实施例中，本发明提供一种测量材料的膨胀/收缩性能的方法，所述方法包括：
提供装置，所述装置包括：
第一样本，其包括第一材料，所述样本包括第一表面和第二表面；
第一衬底和第二衬底，其分别连接到所述样本的所述第一表面和所述第二表面；
第二样本，其包括接触所述第二衬底的第二材料；
第三衬底，其连接到所述第二样本；
反射材料，其接触所述第三衬底；
可选地，第一组的两个电接触件，各自独立地接触所述第一样本；和第二组的两个电接触件，各自独立地接触所述第二样本；
可选的加热源，其用于加热所述第一样本、所述第二样本或它们的组合；
测量所述第一样本，所述测量包括：
可选地使用所述电接触件将电压施加于所述第一样本；
可选地使用所述加热源加热所述第一样本；
通过光源照射所述反射材料，使得所述照明包括具有已知和可控偏振的光；
收集从所述反射材料反射的光；
测量在反射光偏振中的振荡变化的幅度和相位；
从所述反射光测量中提取与膨胀/收缩相关的参数，由此评估所述材料的所述膨胀/收缩性能。
测量所述第二样本，所述测量包括：
可选地使用所述电接触件将电压施加于所述第二样本；
可选地使用所述加热源加热所述第二样本；
通过光源照射所述反射材料；
收集从所述反射材料反射的光；
测量在反射光偏振中的振荡变化的幅度和相位；
从所述反射光测量中提取与膨胀/收缩相关的参数，由此评估所述材料的所述膨胀/收缩性能。
将从所述第一样本测量值提取的参数与从所述第二样本测量值提取的参数相比较，由此评估所述第一材料、所述第二材料或它们的组合的所述膨胀/收缩性能。
在一个实施例中，所述方法进一步包括：额外测量两个已知材料的相同的样本，它们在如前所述的装置中上下放置。这种测量的目的在于：评估样本的位置(顶/底)对从其测量值中提取的参数的影响。这样的影响当评估/计算如前所述的未知样本的参数时考虑。在一些实施例中，这样的额外测量在测量这两个不同样本(第一样本和第二样本)之前或之后执行。
在一个实施例中，所述装置进一步包括：粘接体，其接触所述第三衬底且接触所述反射材料，使得所述反射材料经由所述粘接材料附接到所述第三衬底。
在一个实施例中，测量第二样本的步骤先于测量第一样本的步骤进行。
在一个实施例中，所述第一材料和所述第二材料中的一种具备已知的膨胀/收缩性能，并且所述第一材料和所述第二材料中的另一种具备未知的膨胀/收缩性能。在一个实施例中，所述方法允许定量评估材料的膨胀/收缩性能。在一个实施例中，所述定量评估包括：评估所述材料的压电系数或电致伸缩系数。在一个实施例中，性能评估用于具备未知膨胀/收缩性能的材料。
在一个实施例中，本发明提供一种测量材料的膨胀/收缩性能的方法，所述方法包括：
提供系统，所述系统包括：
装置，所述装置包括：
样本，其包括所述材料，所述样本包括第一表面和第二表面；
第一衬底和第二衬底，其分别连接到所述样本的所述第一表面和所述第二表面；
可选的两个电接触件，各自独立地接触所述样本；
可选的加热源，其用于加热所述样本；
基底；
可移动臂，其包括第一和第二端；
弹簧；
反射材料，其附接到所述臂的顶表面；
其中，所述可移动臂的所述第一端与所述基底关联，所述可移动臂的所述第二端(或者接近于第二端的部分)与所述弹簧关联；所述弹簧附接到所述基底；并且所述装置位于所述基底的顶部上并位于所述可移动臂下；
可选地使用所述电接触件将电压施加于所述样本；
可选地加热所述样本；
使用光源照射所述反射材料；
收集从所述反射材料反射的光；
测量在反射光偏振中的振荡变化的幅度和相位；
从所述反射光测量中提取与膨胀/收缩相关的参数，由此评估所述材料的所述膨胀/收缩性能。
在一个实施例中，本发明提供一种测量材料的膨胀/收缩性能的方法，所述方法包括：
提供系统，所述系统包括：
装置，所述装置包括：
第一样本，其包括第一材料，所述样本包括第一表面和第二表面；
第一衬底和第二衬底，其分别连接到所述样本的所述第一表面和所述第二表面；
第二样本，其包括接触所述第二衬底的第二材料；
第三衬底，其连接到所述第二样本；
可选地，第一组的两个电接触件，各自独立地接触所述第一样本；和第二组的两个电接触件，各自独立地接触所述第二样本；
可选的加热源，其用于加热所述第一样本、所述第二样本或它们的组合；
基底；
可移动臂，其包括第一和第二端；
弹簧；
反射材料，其附接到所述臂的顶表面；
其中，所述可移动臂的所述第一端与所述基底关联，所述可移动臂的所述第二端(或者接近于第二端的部分)与所述弹簧关联；所述弹簧附接到所述基底；并且所述装置位于所述基底的顶部上并位于所述可移动臂下；
b.测量所述第一样本，所述测量包括：
可选地使用所述电接触件将电压施加于所述第一样本；
可选地使用所述加热源加热所述第一样本；
通过光源照射所述反射材料；
收集从所述反射材料反射的光；
测量在反射光偏振中的振荡变化的幅度和相位；
从所述反射光测量中提取与膨胀/收缩相关的参数，由此评估所述第一材料的所述膨胀/收缩性能。
c.测量所述第二样本，所述测量包括：
可选地使用所述电接触件将电压施加于所述第二样本；
可选地使用所述加热源加热所述第二样本；
通过光源照射所述反射材料；
收集从所述反射材料反射的光；
测量在反射光偏振中的振荡变化的幅度和相位；
从所述反射光测量中提取与膨胀/收缩相关的参数，由此评估所述第二材料的所述膨胀/收缩性能。
将从所述第一样本测量值提取的参数与从所述第二样本测量值提取的参数相比较，由此评估所述第一材料、所述第二材料或它们的组合的所述膨胀/收缩性能。
本方法的实施例呈现在图5A中。从图中可见，样本/衬底位于基底上并且在可移动臂下。在一些实施例中，样本结构(样本/衬底)胶粘到基底，即，第一衬底胶粘到基底。反射材料安装到可移动臂的顶部上，使得光照射反射材料并从其反射。在一些实施例中，粘接体用于将反射材料附接到可移动臂。根据此方面且在一个实施例中，本发明的装置进一步包括：粘接体，其接触可移动臂的顶侧并接触反射材料，使得反射材料经由粘接材料附接到臂。在一些实施例中，所述臂的顶表面具有反射性且用作反射材料。根据此方面且在一个实施例中，不需要额外的反射材料。
在一个实施例中，所述测量所述第二样本的步骤先于所述测量所述第一样本的步骤进行。
在一个实施例中，所述第一材料和所述第二材料中的一种具备已知的膨胀/收缩性能，并且所述第一材料和所述第二材料中的另一种具备未知的膨胀/收缩性能。在一个实施例中，所述方法允许定量评估所述第一/第二材料的膨胀/收缩性能。在一个实施例中，所述定量评估包括：评估材料的压电系数或电致伸缩系数。
在一个实施例中，本发明的方法包括：使用椭偏仪(或类似光学系统)。在一个实施例中，椭偏仪使用如下：采用两种方式之一将装置放置到椭偏仪上，如图1A或者如图5A中所示。在装置正确对准之后，椭偏仪的成对的偏振器和分析器成角度，使得由光电二极管(探测器)产生的光电流最小——此过程被称为“消光”。在消光过程之后，分析器的角度转变以增大对反射光偏振变化的敏感性。探测器测量经过分析器之后的光的强度，这是反射光偏振的指示；即，由探测器探测到的光的强度的变化对应于反射光(从反射材料(例如图1A中所示硅晶圆)反射的光)的偏振的变化。
在一个实施例中，在装置的测量过程中，电压源用于将电压施加于样本。电压通过以下方式施加于样本：将电压源连接到两个电接触件，在样本的每侧上一个电接触件，例如如图1A中所示。电压源(函数发生器、电压放大器和/或其它电压源部件/装置)将AC电压或者将DC和AC电压的组合通过电接触件供应到样本。施加电压引起样本的振动，所述振动传递到反射表面上。这些振动影响由探测器测量的光的强度，因为反射表面的振动改变反射光的偏振。这种影响被探测器探测到并由锁相式放大器放大且可用于解读样本的机电性能——也就是说，在由光电二极管产生的光电流中的变化的幅度与样本振动幅度相关。在一些实施例中，锁相式放大器用于增强被探测信号的敏感性。在其它实施例中，在AC电压的每个周期使用观测镜记录由探测器测量到的强度的变化。这样，在一些实施例中，观测镜以类似于锁相式放大器的方式使用，并且获得关于所希望样本的信息。
在一个实施例中，前文所述描述了用于在本发明的方法中测量在反射光偏振中的振荡变化的幅度和相位的机构。
在一个实施例中，本发明的方法利用控制样本，其被测量以更好地评估已检测样本的参数。在一个实施例中，本发明的方法利用控制样本，其被测量以更好地评估呈现膨胀/收缩性能的样本的参数。在一个实施例中，本发明的方法利用控制样本，其被测量以更好地评估样本的参数，所述样本包括呈现机电效应或者热膨胀的材料。在一个实施例中，本发明的方法利用控制样本，其被测量以更好地评估压电样本的参数。
在一个实施例中，控制样本和已检测样本因此被测量。在一个实施例中，控制样本和已检测样本上下安装以用于测量，例如如图5A中所示。在一个实施例中，控制样本包括具有已知的机电或热膨胀性能的材料。在一个实施例中，控制样本包括具有已知的压电或电致伸缩参数的材料。应注意，本发明的方法、装置和设备可用于测量多种类型的机械效应，而不局限于测量压电或电致伸缩材料。在一个实施例中，本发明的装置、方法和设备用于测量样本的热膨胀和其它机械效应。
在一个实施例中，本发明的方法、装置和设备用于研究材料的热膨胀。根据此方面和在一个实施例中，根据前述方法(使用椭偏仪或类似光学系统)，材料样本被周期性加热并记录光学响应。这种光学响应与由于周期性加热已知样本所致的响应进行比较。因而获得热膨胀系数。
本发明的设备：
在一个实施例中，本发明提供一种用于测量材料的膨胀/收缩性能的设备，所述设备包括：
第一装置或第二装置，其中：
所述第一装置包括：
样本，其包括所述材料，所述样本包括第一表面和第二表面；
第一衬底和第二衬底，其分别连接到所述样本的所述第一表面和所述第二表面；
粘接体，其接触所述第二衬底；
反射材料，其接触所述粘接体；
可选的两个电接触件，各自独立地接触所述样本；
可选的加热源，其用于加热所述样本；
所述第二装置包括：
第一样本，其包括第一材料，所述样本包括第一表面和第二表面；
第一衬底和第二衬底，其分别连接到所述样本的所述第一表面和所述第二表面；
第二样本，其包括接触所述第二衬底的第二材料；
第三衬底，其连接到所述第二样本；
粘接体，其接触所述第三衬底；
反射材料，其接触所述粘接体；
可选地，第一组的两个电接触件，各自独立地接触所述第一样本；和第二组的两个电接触件，各自独立地接触所述第二样本；
可选的加热源，其用于加热所述第一样本、所述第二样本或它们的组合；
光源，其用于照射所述反射材料；
第一偏振器，其用于使所述光偏振；
可选的四分之一波片；
第二偏振器，其用于从所述反射材料反射的光偏振；
探测器，其用于收集从所述反射材料反射的光；
可选的电源，其用于将电压施加于所述样本；
用于测量在反射光偏振中的振荡变化的幅度和相位的机构；
用于从所述反射光测量中提取与膨胀/收缩相关的参数、由此评估所述材料的所述膨胀/收缩性能的机构。
在一个实施例中，所述设备包括椭偏仪。在一个实施例中，椭偏仪是消光式椭偏仪、锁相式椭偏仪或它们的组合。在一个实施例中，用于提取膨胀/收缩参数的机构包括：计算机程序、算法、软件或它们的组合。
在一个实施例中，本发明的设备包括椭偏仪。在一个实施例中，椭偏仪包括光源、探测器、偏振器和分析器和四分之一波片。在一些实施例中，椭偏仪是消光式椭偏仪。在一个实施例中，椭偏仪连接到锁相式放大器和函数发生器。椭偏仪包括样本固持器。在一个实施例中，样本固持器是可对准的。在一个实施例中，样本固持器是可移动的以实现对准目的。在一个实施例中，样本固持器能够沿确定的X-Y平面和沿与所述平面垂直的Z方向运动。在一个实施例中，样本固持器进一步能够以相对于X-Y平面的一定角度运动(旋转)。在一个实施例中，样本固持器在测量过程中是静止的。在一个实施例中，样本固持器是可移动的。在一个实施例中，样本固持器的运动用于在入射光束下放置特定的可测量区域。在一个实施例中，样本固持器在测量过程中是静态的，但是是可调的以用于在测量之前对准样本/反射表面。在一个实施例中，椭偏仪进一步包括：电流计、电压放大器、其它电部件、电接触件/线、计算机或它们的组合。在一个实施例中，不使用四分之一波片。
在一个实施例中，本发明的设备包括：偏振器、分析器、光电二极管探测器、其它探测器、电压源、电接触件、函数发生器、电压放大器、其它电压源部件/装置、锁相式放大器和/或现有技术中已知的其它元件和部件。
在一个实施例中，所述设备进一步包括：粘接体，其接触所述第一装置的所述第二衬底接触或者接触所述第二装置的所述第三衬底，且接触所述反射材料，使所述反射材料经由所述粘接材料附接到所述第二衬底或所述第三衬底。在一个实施例中，所述设备进一步包括：粘接体，其接触所述第二衬底且接触所述反射材料，使得所述反射材料经由所述粘接材料附接到所述第二衬底。在一个实施例中，所述设备进一步包括：粘接体，其接触所述第三衬底且接触所述反射材料，使得所述反射材料经由所述粘接材料附接到所述第三衬底。在一个实施例中，所述设备进一步包括：两个电接触件，各自独立地接触样本。在一个实施例中，一组两个电接触件连接到包括多于一个样本的装置中的每个样本。在一个实施例中，所述设备进一步包括加热源，其用于加热所述样本。在一个实施例中，所述加热源包括红外激光器。在一个实施例中，样本材料具备压电性能、电致伸缩性能、热膨胀性能或它们的组合。在一个实施例中，所述反射材料在特定波长下具有反射性。在一个实施例中，所述波长是632.8nm。在一个实施例中，所述样本的厚度的范围在1纳米至100毫米之间。在一个实施例中，所述衬底的厚度的范围在1微米至100毫米之间或在10微米和100毫米之间。在一个实施例中，所述粘接体的厚度的范围在1纳米至1毫米之间。在一个实施例中，所述电接触件的厚度的范围在1纳米至10毫米之间。在一个实施例中，所述粘接材料包括制模粘土。在一个实施例中，所述第一衬底、第二衬底或它们的组合包括氧化铝。在一个实施例中，所述电接触件包括Ag、Au、Cu、Pd、Pt、Sn或它们的组合。在一个实施例中，所述电接触件包括导电涂料，例如银涂料。
在一些实施例中，本发明的装置、系统和设备进一步包括：与加热相关的元件，例如隔热元件、散热器、温度计、热源、控热元件、计时器和现有技术中已知的其它热相关元件。
用于生产本发明装置的过程：
在一个实施例中，本发明提供一种制备用于测量材料膨胀/收缩性能的装置的过程，所述过程包括：
提供包括所述材料的样本，所述样本包括第一表面和第二表面；
可选地将第一电接触件施加于第一表面并将第二电接触件施加于第二表面；
将第一衬底连接到所述样本的所述第一表面，使得第一衬底接触第一电接触件、第一表面或它们的组合；
将第二衬底连接到所述样本的所述第二表面，使得第二衬底接触第二电接触件、第二表面或它们的组合；
将粘接材料施加于第二衬底；
将反射材料施加于粘接材料，使得反射材料接触粘接材料。
在一个实施例中，本发明提供一种制备用于测量材料膨胀/收缩性能装置的过程，所述过程包括：
提供包括第一材料的第一样本，所述样本包括第一表面和第二表面；
可选地将第一电接触件施加于第一表面并将第二电接触件施加于第二表面；
将第一衬底连接到所述样本的所述第一表面，使得第一衬底接触第一电接触件、第一表面或它们的组合；
将第二衬底连接到所述样本的所述第二表面，使得第二衬底接触第二电接触件、第二表面或它们的组合；
提供包括第二材料的第二样本，所述样本包括第一表面和第二表面；
可选地将第三电接触件施加于第一表面并将第四电接触件施加于第二样本的第二表面；
将第二样本连接到第二衬底，使得第二衬底接触第三电接触件、第二样本的第一表面或它们的组合；
将第三衬底连接到第二样本的所述第二表面，使得第二衬底接触第四电接触件、第二样本的第二表面或它们的组合；
将粘接材料施加于第三衬底；
将反射材料施加于粘接材料，使得反射材料接触粘接材料。
在一个实施例中，在本发明的过程中，粘接体是制模粘土。在一个实施例中，反射材料包括：平坦度为λ/10的光学平面、SiO2或Si。在一个实施例中，施加电接触件通过粘贴进行。在一个实施例中，施加粘接体通过将所述粘接体粘贴、接触、挤压、胶粘到样本/样本上而进行。在一个实施例中，施加反射材料通过使反射材料与粘接体接触而进行。在一个实施例中，所述过程步骤的顺序切换/改变/变化。根据此方面且在一个实施例中，一个元件与另一元件的任何附接/接触/连接/粘贴/施加步骤可在一个元件与另一元件的任何其它的附接/接触/连接/粘贴/施加步骤之前或之后进行，如现有技术中已知的那样。
在一个实施例中，一种用于生产本发明装置的过程涉及：构造层结构。根据此方面且在一个实施例中，包括两个相对的目视平坦表面的样本的件附接到至少两个电接触件，使得一个触头附接到一个表面且另一触头附接到样本的另一表面。
在一个实施例中，本发明提供一种制备用于测量材料膨胀/收缩性能的系统的过程，其中所述系统包括如前所述的装置之一和用于所述装置的结构，所述结构包括基底、可移动臂、弹簧和反射材料。在一个实施例中，用于制备本发明的系统的过程包括：提供或形成可移动臂；将臂附接到基底；将弹簧附接到臂且附接到基底；以及将装置放置和紧固到基底上且处于臂下。所述过程步骤的顺序可改变，即，特定过程步骤可在其它过程步骤之前或之后执行，如现有技术中已知的那样。在一个实施例中，弹簧在臂的端处或接近其端处附接到臂。在一个实施例中，弹簧在臂的接近于臂的端的部分处附接到臂。
定义：
模制粘土是制模粘土、或粘土或橡皮泥、或泥团。在一些实施例中，具备制模或模制粘土的机械性能的任意材料可用于将反射材料附接到衬底或附接到本发明的其它元件/部件。
反射材料附接或连接到采样材料。附接或连接可为直接的或间接的。反射材料与样本之间的间接连接包括：放置或位于反射材料与样本之间的其它元件/部件。例如，衬底、电接触件、粘接体或它们的组合可放置在反射材料与样本之间，使得反射材料通过这些元件附接或连接到样本。
在一个实施例中，样本包括具有膨胀/收缩性能的材料。在一个实施例中，样本由具有膨胀/收缩性能的材料构成。在一个实施例中，样本是所述材料。
本发明的设备在一个实施例中包括椭偏仪。本发明的设备在一些实施例中包括其它光学系统。在一些实施例中，本发明的设备包括光学系统，该光学系统类似于椭偏仪，但可在一个或多个部件上与其不同，可在一个或多个部件的规格上、在尺度上、在系统涵盖的功能上、或在它们的组合方面与其不同与其不同。
分析器是偏振器、第二偏振器，光从反射表面被反射之后传送通过该偏振器。
反射性/反射材料包括反射表面。反射材料在一些实施例中被称为反射性/反射表面。
在一些实施例中，本发明的系统包括本发明的设备或由所述设备构成。在一些实施例中，本发明的设备包括本发明的系统或由所述系统构成。相应地，所述的用于本发明的设备的元件可用于本发明的系统中，并且所述的应用本发明的系统的元件可用于本发明的设备中。
在一些实施例中，描述特定样本的性能。这样的性能在本发明的实施例中可应用于其它样本。类似地，在一些实施例中，一个样本中存在的材料的性能可应用于其它样本中存在的材料。
在一些实施例中，可包括多于两个样本并该多于两个样本可在本发明的装置中测量。
在一些实施例中，本发明的方法包括以下步骤：可选地，使用电接触件将电压施加于样本；和可选地，使用加热源加热样本。在一些实施例中，将电压施加于样本用于检测样本的(或材料的)机电效应。在一些实施例中，加热样本用于检测样本的(或材料的)热膨胀性能。这些方法步骤中的每个可独立地或组合地进行。除了加热样本以外，样本也可冷却，并且样本温度可被控制/保持恒定在特定值，如现有技术中已知的那样。
结论：
所提出的技术被发现可应用于机电效应的研究，不仅在泡克尔斯效应和克尔效应的情况下，而且在直接效应(压电和电致伸缩)的情况下，其中通过使(间接)胶粘到机电活性样本的反射表面振动(例如如图5A中所示)实现。这种新技术的敏感性可比拟极度复杂昂贵的干涉仪，尤其是，这样的干涉仪不支持如所提出技术那样的宽频范围。这种技术背后的物理根源从未有文献报道。
在一个实施例中，用词“一个(a)”或“一个(one)”或“一个(an)”是指：至少一个。在一个实施例中，表述“两个或更多个”可为任意数量，其将适合于特定目的。在一个实施例中，“约”或“大约”可包括从指定值的+1％的偏离，或在一些实施例中偏离-1％，或在一些实施例中偏离±2.5％，或在一些实施例中偏离±5％，或在一些实施例中偏离±7.5％，或在一些实施例中偏离±10％，或在一些实施例中偏离±15％，或在一些实施例中偏离±20％，或在一些实施例中偏离±25％，
示例：
示例1：
样本制备：
机电活性样本经由银涂料胶粘到0.5mm厚的氧化铝玻片之间。作为反射表面，考虑两种选项：切制硅晶圆(University Wafers，<0.005Ω.cm，[100]p型硼)和玻璃光学平面(Edmund Optics公司,25.4mm直径，12.7mm厚λ/10熔融石英双表面平面)，每种通过制模粘土胶粘到顶氧化铝玻片。这样做以确保：除了位移以外，没有机械力被传递到反射表面。因此，反射表面的光学性能在测量过程中不易于改变(图2A)。最后，铜线利用银涂料连接到底和顶电极(电接触件连接到样本)，并且连接函数发生器和多功能计。对于对照测量，两个样本串联地与它们之间的一个氧化铝玻片胶粘(图2B)。
所用材料：
示例2：
锁相式椭圆偏振测量：
在具有He-Ne激光器光源(λ＝632.8nm)的人工消光式椭偏仪上执行测量，图1A-1C。电压UAC(0-10V,0.5Hz-10kHz)利用函数发生器(DS345,Stanford Research)施加于样本，对于具有相对较低的机电系数的样本，实施高电压放大器(Trek 2205)。椭偏仪光电探测器连接到关于来自函数发生器的输入的锁相式放大器(SR830,Stanford Research)以监控光电流的振荡分量。执行测量以表征探测器响应对于固定频率下UAC幅度和对于固定幅度下的UAC频率的相关性。
由于锁相式探测仅探测周期性变化的椭偏仪信号，因而测量到的响应抗拒由于温度波动、电源脉动、或外部机械振动所致的信号漂移。这种稳定性在小信号幅度情况下是极其重要的。在我们的试验设置中(图1A)，椭偏仪偏振器和分析器的角度设置的变化(对应于RMS纳安电流的变化)在10-4度的量级。纳安电流可测量到的准确度远超出人工椭偏仪的光学元件可测量到的10-4度旋转准确度。
示例3
单独样本试验：
将UAC≥0.08V(177Hz)施加于PZT样本(图3A)，在椭偏仪光电探测器中产生与UAC具有相同频率的易于探测到的AC电流，其对应于约70pm的反射表面的振动。响应幅度随电压幅度线性增减(图3B)。改变UAC(2.5V)的频率在1.5kHz-0.5Hz的范围内给出稳定的响应，而振动幅度约为2.2nm(图3C)。当测量具有甚至更低探测极限30pm(响应于在177Hz下施加UAC＝2V)(图4A)的LiTaO3单晶的响应时，类似结果已被观察到，当振动幅度约为160pm(图4B)时，改变UAC(10V)的频率在2.6kHz–130Hz的范围内给出稳定响应。均为压电材料，测量到的响应实际上与引起的振动的幅度相关联。电致伸缩样本GDC5也是如此，其给出明显的与UAC幅度的二次相关性(图4C)。
高敏感性和宽可测量频率范围在不能校准响应的情况下有助于定性研究未知的样本或者延展研究已知样本的测量条件。
示例4：
两个样本的对照测量：
为了校准测量到的光学响应，两个机电活性样本串联地胶粘(见图5A)。将电压施加于一个样本并记录光学响应，可用于校准第二样本的响应；这不需从设置中移动任何部件。但是，由于机电响应的复杂性(例如，除了样本中的非均匀性以外的剪切和旋转分量)，极为重要的是消除尽可能多的自由度。
这使用门形设备进行，此设备可仅收集每个样本沿Z方向的振动，并将其转变为开门程度的振荡(图5A，参见图2B中的样本结构的细节)。P-51的两个样本安装到此设备上并以不同入射角测量。即使光学信号幅度变化(图5B)，顶和底PZT的记录的光学响应之间的比率是常数1.74±0.21(在471Hz下以50°,56°,60°,70°,80°角度测量，UAC＝6V，)(图5C)。这种常数取决于设置的机械性能(门的重量和尺寸)，而非取决于样本自身。
若以单晶LiTaO3替代顶PZT样本，则可通过底PZT样本的已测量响应校准来自LiTaO3的已测量响应。所得到的单晶LiTaO3的压电系数是9.9±1.5pm/V，其良好地符合于文献中提及的值8.8±0.5pm。信号对于单晶LiTaO3施加电压的斜率除以基准PZT样本的对应效率，并然后除以常数1.74±0.21(来自顶和底相同PZT样本的信号之间的比率)，然后乘以PZT的压电常数，结果为单晶LiTaO3压电常数。详细计算如下：
系统常数＝1.74±0.2
用于测量材料的膨胀/收缩性能的另一种方法使用分析器的角度，具体如下：椭偏仪分析器的角度用于校准。在这种方式中，构造两个校准曲线以验证正确的量化。首先，使用分析器角度的小的变化构造校准曲线A(强度变化对分析器角度变化)。然后，测量校准基准，并构造校准曲线B(强度变化对已知位移)。对于所研究样本，重复相同步骤，这意味着：测量校准曲线A(强度变化对分析器角度变化)和测量样本并且构造校准曲线B(强度变化对未知位移)。成对的校准曲线A(强度变化对分析器角度变化)进行比较以验证初始测量条件实际上相同，并且然后使用成对的校准曲线B量化样本膨胀/收缩。在这种方式中，样本测量条件必须与校准测量保持相同(反射表面、光束对准和椭偏仪角度)。分析器是系统中的光学元件，其偏移以获得更好的敏感性。
虽然本发明的特定特征已在此例示和描述，但是对于本领域普通技术人员而言，现在将可进行多种修改、替代、改变和等同替换。因此，应理解，所附权利要求书意在覆盖所有这样的修改和改变，如果其处于本发明的真实精神的范围内。

Claims (48)

1.一种用于测量材料的膨胀/收缩性能的装置，所述装置包括：
第一样本，其包括第一材料，所述样本包括第一表面和第二表面；
第一衬底和第二衬底，其分别连接到所述第一样本的所述第一表面和所述第二表面；
第二样本，其包括接触所述第二衬底的第二材料；
第三衬底，其连接到所述第二样本；
反射材料，其接触所述第三衬底。
2.如权利要求1所述的装置，进一步包括：粘接体，其接触所述第三衬底且接触所述反射材料，使所述反射材料经由所述粘接材料附接到所述第三衬底。
3.如权利要求1所述的装置，进一步包括：第一组的两个电接触件，各自独立地接触所述第一样本；和第二组的两个电接触件，各自独立地接触所述第二样本。
4.如权利要求1所述的装置，进一步包括：加热源，其用于加热所述第一样本、所述第二样本或它们的组合。
5.如权利要求4所述的装置，其中，所述加热源包括红外激光器。
6.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一材料和所述第二材料中的一种具备已知的膨胀/收缩性能；并且所述第一材料和所述第二材料中的另一种具备未知的膨胀/收缩性能。
7.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一材料和所述第二材料具备压电性能、电致伸缩性能、热膨胀性能或它们的组合。
8.如权利要求1所述的装置，其中，所述反射材料在特定波长下具有反射性。
9.如权利要求8所述的装置，其中，所述波长是632.8nm。
10.如权利要求1所述的装置，其中，所述样本的厚度的范围在1纳米至100毫米之间。
11.如权利要求1所述的装置，其中，所述衬底的厚度的范围在10微米至100毫米之间。
12.如权利要求2所述的装置，其中，所述粘接体的厚度的范围在从1纳米至1毫米之间。
13.如权利要求3所述的装置，其中，所述电接触件的厚度的范围在从1纳米至10毫米之间。
14.如权利要求2所述的装置，其中，所述粘接材料包括制模粘土。
15.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一衬底、第二衬底或它们的组合包括氧化铝。
16.如权利要求3所述的装置，其中，所述电接触件包括Ag、Au、Cu、Pd、Pt、Sn或它们的组合。
17.如权利要求16所述的装置，其中，所述电接触件包括导电涂料，例如银涂料。
18.一种测量材料的膨胀/收缩性能的方法，所述方法包括：
提供一种装置，所述装置包括：
样本，其包括所述材料，所述样本包括第一表面和第二表面；
第一衬底和第二衬底，其分别连接到所述样本的所述第一表面和所述第二表面；
反射材料，其附接到所述第二衬底；
可选的两个电接触件，各自独立地接触所述样本；
可选的加热源，其用于加热所述样本；
可选地使用所述电接触件将电压施加于所述样本；
可选地加热所述样本；
使用光源照射所述反射材料，所述照射包括具有已知且可控的偏振的光；
收集从所述反射材料反射的光；
测量在反射光的偏振中的振荡变化的幅度和相位；
从所述反射光测量中提取与膨胀/收缩相关的参数，由此评估所述材料的所述膨胀/收缩性能。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述装置进一步包括：粘接体，其接触所述第二衬底且接触所述反射材料，使得所述反射材料经由所述粘接材料附接到所述第二衬底。
20.如权利要求18所述的方法，其中，所述光源是He-Ne激光器。
21.如权利要求18所述的方法，其中，使用探测器进行所述收集所述反射光。
22.如权利要求18所述的方法，其中，所述方法允许定性评估所述膨胀/收缩性能。
23.一种测量材料的膨胀/收缩性能的方法，所述方法包括：
提供一种装置，所述装置包括：
第一样本，其包括第一材料，所述样本包括第一表面和第二表面；
第一衬底和第二衬底，其分别连接到所述样本的所述第一表面和所述第二表面；
第二样本，其包括接触所述第二衬底的第二材料；
第三衬底，其连接到所述第二样本；
反射材料，其接触所述第三衬底；
可选地，第一组的两个电接触件，各自独立地接触所述第一样本；和第二组的两个电接触件，各自独立地接触所述第二样本；
可选的加热源，其用于加热所述第一样本、所述第二样本或它们的组合；
测量所述第一样本，所述测量包括：
可选地使用所述电接触件将电压施加于所述第一样本；
可选地使用所述加热源加热所述第一样本；
通过光源照射所述反射材料，所述照射包括具有已知且可控的偏振的光；
收集从所述反射材料反射离开的光；
测量在反射光的偏振中的振荡变化的幅度和相位；
从所述反射光测量中提取与膨胀/收缩相关的参数，由此评估所述第一材料的所述膨胀/收缩性能。
测量所述第二样本，所述测量包括：
可选地使用所述电接触件将电压施加于所述第二样本；
可选地使用所述加热源加热所述第二样本；
通过光源照射所述反射材料；
收集从所述反射材料反射的光；
测量在反射光偏振中的振荡变化的幅度和相位；
从所述反射光测量中提取与膨胀/收缩相关的参数，由此评估所述第二材料的所述膨胀/收缩性能。
将从所述第一样本测量提取的参数与从所述第二样本测量提取的参数相比较，由此评估所述第一材料、所述第二材料或它们的组合的所述膨胀/收缩性能。
24.如权利要求23所述的方法，其中，所述装置进一步包括：粘接体，其接触所述第三衬底且接触所述反射材料，使得所述反射材料经由所述粘接材料附接到所述第三衬底。
25.如权利要求23所述的方法，其中，所述测量所述第二样本的步骤先于所述测量所述第一样本的步骤进行。
26.如权利要求23所述的方法，其中，所述第一材料和所述第二材料中的一种具备已知的膨胀/收缩性能；并且所述第一材料和所述第二材料中的另一种具备未知的膨胀/收缩性能。
27.如权利要求23所述的方法，其中，所述方法允许定量评估所述第一材料、所述第二材料或它们的组合的所述膨胀/收缩性能。
28.如权利要求23所述的方法，其中，所述定量评估包括：评估所述第一材料、所述第二材料或它们的组合的压电系数或电致伸缩系数。
29.一种用于测量材料的膨胀/收缩性能的设备，所述设备包括：
第一装置或第二装置，其中：
所述第一装置包括：
样本，其包括所述材料，所述样本包括第一表面和第二表面；
第一衬底和第二衬底，其分别连接到所述样本的所述第一表面和所述第二表面；
反射材料，其接触所述第二衬底；
可选的两个电接触件，各自独立地接触所述样本；
可选的加热源，其用于加热所述样本；
所述第二装置包括：
第一样本，其包括第一材料，所述样本包括第一表面和第二表面；
第一衬底和第二衬底，其分别连接到所述样本的所述第一表面和所述第二表面；
第二样本，其包括接触所述第二衬底的第二材料；
第三衬底，其连接到所述第二样本；
反射材料，其接触所述第三衬底；
可选地，第一组的两个电接触件，各自独立地接触所述第一样本；和第二组的两个电接触件，各自独立地接触所述第二样本；
可选的加热源，其用于加热所述第一样本、所述第二样本或它们的组合；
光源，其用于照射所述反射材料；
第一偏振器，其用于使所述光偏振；
可选的四分之一波片；
第二偏振器，其用于使从所述反射材料反射的光偏振；
探测器，其用于收集从所述反射材料反射的光；
可选的电源，其用于将电压施加于所述样本；
用于测量在反射光偏振中的振荡变化的幅度和相位的机构；
用于从所述反射光测量中提取与膨胀/收缩相关的参数、由此评估所述材料的所述膨胀/收缩性能的机构。
30.如权利要求29所述的设备，所述设备进一步包括：粘接体，其接触所述第一装置的所述第二衬底或者接触所述第二装置的所述第三衬底，且接触所述反射材料，使得所述反射材料经由所述粘接材料附接到所述第二衬底或者所述第三衬底。
31.如权利要求29所述的设备，其中，所述设备包括椭偏仪。
32.如权利要求31所述的设备，其中，所述椭偏仪是消光式椭偏仪、锁相式椭偏仪或它们的组合。
33.如权利要求29所述的设备，其中，所述用于提取膨胀/收缩参数的机构包括：计算机程序、算法、软件或它们的组合。
34.如权利要求29所述的设备，进一步包括：加热源，其用于加热所述样本。
35.如权利要求34所述的设备，其中，所述加热源包括红外激光器。
36.如权利要求29所述的设备，其中，所述样本的所述材料具备压电性能、电致伸缩性能、热膨胀性能或它们的组合。
37.如权利要求29所述的设备，其中，所述反射材料在特定波长下具有反射性。
38.如权利要求37所述的设备，其中，所述波长是632.8nm。
39.如权利要求29所述的设备，其中，所述样本的厚度的范围在1纳米至100毫米之间。
40.如权利要求29所述的设备，其中，所述衬底的厚度的范围在10微米至100毫米之间。
41.如权利要求30所述的设备，其中，所述粘接体的厚度的范围在从1纳米至1毫米之间。
42.如权利要求29所述的设备，其中，所述电接触件的厚度的范围在从1纳米至10毫米之间。
43.如权利要求29所述的设备，其中，所述粘接材料包括制模粘土。
44.如权利要求29所述的设备，其中，所述第一衬底、第二衬底或它们的组合包括氧化铝。
45.如权利要求29所述的设备，其中，所述电接触件包括Ag、Au、Cu、Pd、Pt、Sn或它们的组合。
46.如权利要求29所述的设备，其中，所述电接触件包括导电涂料，例如银涂料。
47.一种制备用于测量材料的膨胀/收缩性能的装置的工艺，所述工艺包括：
提供包括所述材料的样本，所述样本包括第一表面和第二表面；
将第一衬底附接到所述样本的所述第一表面；
将第二衬底附接到所述样本的所述第二表面；
将反射材料附接到所述第二衬底。
48.如权利要求47所述的工艺，其中，所述工艺的各步骤的顺序改变。
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