CN113092374B - 小型真空光电测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小型真空光电测试系统，真空机构包括真空罩，以及固定在真空罩内的平台底座；真空罩内固定有支撑架；加热机构包括固定在平台底座上的半导体加热片和金属平台；还包括位于真空罩外部，并用于控制半导体加热片温度调节的温控组件；激光激发机构用于向金属平台上的待测样品发射激光；性能测量机构与待测样品电性连接，用于在不同光辐照条件下进行电学信号的采集，完成待测样品的光电性能测试。本发明将待测样品外围电路搭建过程与光电性能探测过程分离，待测样品电路搭建由专业的设备完成，本测试平台可对完成电路搭建的样品通过简便接口连入电路，集中进行光电性能的探测，设备操作方便，成本低，改造扩展升级容易。

Description

小型真空光电测试系统
技术领域
本发明涉及光电测试平台技术领域，更具体的说是涉及在小型真空平台上实现光电测试及部分光学测量。
背景技术
在光电测试领域，光电性能的测试通常在非真空条件下完成，而对于未封装的光电材料及纳米材料，为避免材料吸附气体分子或受到水汽及颗粒的污染需要在真空条件下进行光电测试。在真空中对纳米材料进行光辐照下的电学性能探测通常借助对大型精密的真空电学测试设备进行改造，成本造价较高。光源常采用热辐射型大功率光源，配套设备复杂，价格昂贵。对样品光电性能测试需要两个过程来完成，第一步是在真空腔完成对样品电路的连接，在显微镜辅助下操纵探针搭建电路，操作步骤繁琐，耗时费力；第二步对连入电路的样品进行光电性能测试，若电路连接不好，则无法进行光电性能测试。
因此，如何能够提供一种在小型真空平台上实现光电测试及部分光学测量的光电测试系统，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种小型真空光电测试系统，旨在解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
小型真空光电测试系统，包括：
真空机构；所述真空机构包括真空罩，以及固定在所述真空罩内的平台底座；所述真空罩内固定有支撑架；
加热机构；所述加热机构包括固定在所述平台底座上的半导体加热片，以及固定在所述半导体加热片上的金属平台；还包括位于所述真空罩外部，并用于控制所述半导体加热片温度调节的温控组件；
激光激发机构；所述激光激发机构用于向所述金属平台上的待测样品发射激光，并连接在所述支撑架上；
性能测量机构；所述性能测量机构与所述待测样品电性连接，用于在不同光辐照条件下进行电学信号的采集，完成所述待测样品的光电性能测试。
通过上述技术方案，本发明将待测样品外围电路搭建过程与光电性能探测过程分离，待测样品电路搭建由专业的设备完成，本测试平台可对完成电路搭建的样品通过简便接口连入电路，集中进行光电性能的探测，设备操作方便，成本低，改造扩展升级容易。
优选的，在上述的小型真空光电测试系统中，所述真空罩连接有真空泵。便于抽真空处理和真空状态的保持。
优选的，在上述的小型真空光电测试系统中，所述金属平台上安装有温度传感器。能够对温度进行实时监测，便于对温度调节的控制。
优选的，在上述的小型真空光电测试系统中，所述温控组件包括第一过真空航空插头、温控表、固态继电器和直流变压器；所述第一过真空航空插头固定在所述真空罩的侧壁上；所述温控表通过第一过真空航空插头与所述温度传感器电性连接；所述固态继电器的输出电路通过所述第一过真空航空插头与所述半导体加热片电性连接，所述固态继电器与所述温控表电性连接；所述直流变压器与所述固态继电器的输入电路电性连接。能够通过温控表的检测和信号传递实现温度的自动调节控制，智能化程度更高。
优选的，在上述的小型真空光电测试系统中，所述激光激发机构包括第一过真空光纤接口、光扩束器、LED激光器和数字电源表；所述第一过真空光纤接口固定在所述真空罩的侧壁上；所述光扩束器固定在所述支撑架上，且通过第一光纤与所述第一过真空光纤接口连接；所述LED激光器位于所述真空罩外部，且通过第二光纤与所述第一过真空光纤接口连接；所述数字电源表与所述LED激光器电性连接。当测试需要改变辐照光源的频率时，只需将真空罩外的LED激光器与第二光纤进行分离，重新连接一个新的LED激光器即可，方便灵活。
优选的，在上述的小型真空光电测试系统中，所述性能测量机构包括第二过真空航空插头、电信号数据采集线和数字源表；所述第二过真空航空插头固定在所述真空罩的侧壁上；所述电信号数据采集线一端与所述第二过真空航空插头电性连接，另一端通过连接器与所述待测样品连接；所述数字源表位于所述真空罩外部，且与所述第二过真空航空插头电性连接。所述数字源表能够进行所述待测样品的精密四端法电学性能的测量。
优选的，在上述的小型真空光电测试系统中，还包括光信号采集机构；所述光信号采集机构用于将受到光辐照的所述待测样品产生光的散射或荧光的激发信号进行采集，并连接在所述支撑架上。经对应的采集软件完成对光学信号数据的采集和分析，改变温度条件，同样的过程完成不同温度条件下对样品的光的散射和荧光的测量。
优选的，在上述的小型真空光电测试系统中，所述光信号采集机构包括第二过真空光纤接口、光集束器和光谱仪；所述第二过真空光纤接口固定在所述真空罩的侧壁上；所述光集束器固定在所述支撑架上，且通过第三光纤与所述第二过真空光纤接口连接；所述光谱仪位于所述真空罩外部，且通过第四光纤与所述第二过真空光纤接口连接。连接简单方便，便于操作。
优选的，在上述的小型真空光电测试系统中，所述支撑架包括第一立杆和第二立杆，以及固定在所述第一立杆和所述第二立杆之间的横梁。结构简单稳定，便于光扩束器和光集束器的连接。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种小型真空光电测试系统，具有以下有益效果：
1、本发明无需在真空罩内完成光电测试进行之前复杂的电路搭建操作，测试样品连入电路方便，即插即测，方便高效。
2、本发明的光源采用LED单色激光光源，体积小价格低，光强调节简便且光源可根据需求灵活置换。
3、设本发明的备操作方便，成本低，改造扩展升级容易。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的小型真空光电测试系统的结构示意图。
其中：
1为真空罩；2为第一光纤；3为第一过真空光纤接口；4为第一立杆；5为横梁；6为光扩束器；7为光集束器；8为第三光纤；9为第二立杆；10为第二过真空光纤接口；11为连接器；12为第二过真空航空插头；13为数字源表；14为第四光纤；15为光谱仪；16为金属平台；17为温度传感器；18为半导体加热片；19为平台底座；20为第一过真空航空插头；21为固态继电器；22为温控表；23为直流变压器；24为数字电源表；25为LED激光器；26为第二光纤；27为真空泵；28为电信号数据采集线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
参见附图1，本发明设计的测试系统对样品进行光电测量：
要实现在真空下的测量，首先需要将样品连入测试电路，如图1，将连接器11分离，分离为两部分，对分离出的连接器11的四个接线端口与已搭建电路的纳米光电材料的预留端口进行焊接，焊接完成后置于真空罩1中，将已焊接待测样品的连接器11部分与真空罩1中的部分重新连接在一起形成完整的测试电路，置于金属平台16上，随后对真空罩1进行抽取真空，再对金属平台16通过半导体加热片18对进行低温加热，通过固态继电器21和温控表22，维持金属平台16温度低热一段时间，经过对待测样品的低温加热处理，可除去材料表面吸附的空气分子。随后，经过连接器11连接的样品经由数据采集线28和第二过真空航空插头12与真空罩1外的数字源表13相连，可进行样品的精密四端法电学性能的测量。真空罩1外的LED激光器25作为材料光电性能测试的激发光源，在进行光电测量之前先要通过光强计进行光强与其电源电压之间的校准和标定，然后利用数字电源表24，通过控制输出电压来实现对LED激光器25发射光强的控制。从LED激光器25发出一定频率的单色光，通过第二光纤26和过第一过真空光纤接口3接入真空罩1，与真空罩1内第一光纤2相连，光纤末端接有光扩束器6，将通过光纤传输来的光信号进行扩散，形成扩大的平行光束出射，对待测样品进行光辐照，在不同光辐照条件下进行电学信号的采集，完成待测样品的光电性能测试。当测试需要改变辐照光源的频率时，只需将真空罩1外的LED激光器25与第二光纤26进行分离，重新连接一个新的LED激光器即可，方便灵活。
实施例2：
本发明设计的测试系统对样品进行光的散射和荧光的测量：
要实现不同温度条件下光的散射和荧光的测量，为防止高温条件下材料的氧化，需要在真空罩1内完成测量采集，首先将待测的样品置于金属平台16上，对真空罩1进行抽取真空，然后对待测样品进行低温加热处理，具体见实施例1。待金属平台16温度冷却后，进行正式光的散射或荧光的测量，激发光源由真空罩1外的LED激光器25提供，经过光强校准后，通过数字电源表24控制输出电压实现对激发光光强的控制，激发光通过第二光纤26和第一过真空光纤接口3，将激发光导入到真空罩1中，与真空罩1内的第一光纤2相连，第一光纤2末端出口接有光扩束器6，将通过光纤传输来的激发光进行扩散，形成扩大的平行光束出射，辐照金属平台16上的待测样品，受到光辐照的待测样品产生光的散射或荧光的激发，散射出来的光或激发的荧光通过光集束器7对光信号采集后通过第三光纤8和第二过真空光纤接口10导出真空罩1，经由与真空罩1外的第四光纤14输入光谱仪15，经对应的采集软件完成对光学信号数据的采集和分析。改变温度条件，同样的过程完成不同温度条件下对样品的光的散射和荧光的测量。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.小型真空光电测试系统，其特征在于，包括：
真空机构；所述真空机构包括真空罩(1)，以及固定在所述真空罩(1)内的平台底座(19)；所述真空罩(1)内固定有支撑架；
加热机构；所述加热机构包括固定在所述平台底座(19)上的半导体加热片(18)，以及固定在所述半导体加热片(18)上的金属平台(16)；还包括位于所述真空罩(1)外部，并用于控制所述半导体加热片(18)温度调节的温控组件；
激光激发机构；所述激光激发机构用于向所述金属平台(16)上的待测样品发射激光，并连接在所述支撑架上；
性能测量机构；所述性能测量机构与所述待测样品电性连接，用于在不同光辐照条件下进行电学信号的采集，完成所述待测样品的光电性能测试；
所述金属平台(16)上安装有温度传感器(17)；所述温控组件包括第一过真空航空插头(20)、温控表(22)、固态继电器(21)和直流变压器(23)；所述第一过真空航空插头(20)固定在所述真空罩(1)的侧壁上；所述温控表(22)通过第一过真空航空插头(20)与所述温度传感器(17)电性连接；所述固态继电器(21)的输出电路通过所述第一过真空航空插头(20)与所述半导体加热片(18)电性连接，所述固态继电器(21)与所述温控表(22)电性连接；所述直流变压器(23)与所述固态继电器(21)的输入电路电性连接；
所述激光激发机构包括第一过真空光纤接口(3)、光扩束器(6)、LED激光器(25)和数字电源表(24)；所述第一过真空光纤接口(3)固定在所述真空罩(1)的侧壁上；所述光扩束器(6)固定在所述支撑架上，且通过第一光纤(2)与所述第一过真空光纤接口(3)连接；所述LED激光器(25)位于所述真空罩(1)外部，且通过第二光纤(26)与所述第一过真空光纤接口(3)连接；所述数字电源表(24)与所述LED激光器(25)电性连接；
所述性能测量机构包括第二过真空航空插头(12)、电信号数据采集线(28)和数字源表(13)；所述第二过真空航空插头(12)固定在所述真空罩(1)的侧壁上；所述电信号数据采集线(28)一端与所述第二过真空航空插头(12)电性连接，另一端通过连接器(11)与所述待测样品连接；所述数字源表(13)位于所述真空罩(1)外部，且与所述第二过真空航空插头(12)电性连接；
还包括光信号采集机构；所述光信号采集机构用于将受到光辐照的所述待测样品产生光的散射或荧光的激发信号进行采集，并连接在所述支撑架上；所述光信号采集机构包括第二过真空光纤接口(10)、光集束器(7)和光谱仪(15)；所述第二过真空光纤接口(10)固定在所述真空罩(1)的侧壁上；所述光集束器(7)固定在所述支撑架上，且通过第三光纤(8)与所述第二过真空光纤接口(10)连接；所述光谱仪(15)位于所述真空罩(1)外部，且通过第四光纤(14)与所述第二过真空光纤接口(10)连接。
2.根据权利要求1所述的小型真空光电测试系统，其特征在于，所述真空罩(1)连接有真空泵(27)。
3.根据权利要求1所述的小型真空光电测试系统，其特征在于，所述支撑架包括第一立杆(4)和第二立杆(9)，以及固定在所述第一立杆(4)和所述第二立杆(9)之间的横梁(5)。
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