雙色、微區(qū)反射式瞬態(tài)光譜測量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及瞬態(tài)光譜測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及材料特定能級載流子壽命測試的情況。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是飛秒激光的廣泛應(yīng)用，研究物理學(xué)、材料學(xué)、生物學(xué)及其相關(guān)交叉學(xué)科新領(lǐng)域中的瞬態(tài)過程已成為探測半導(dǎo)體內(nèi)部電子結(jié)構(gòu)乃至有機分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有效手段。如:對半導(dǎo)體帶邊附近自由載流子壽命的探測、耦合材料體系的能量轉(zhuǎn)移過程、光合系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)移過程等的研究都必須獲得其瞬態(tài)光學(xué)響應(yīng)，進(jìn)而得到微觀系統(tǒng)隨時間演化的直接信息。傳統(tǒng)的時間分辨栗浦-探測系統(tǒng)，栗浦和探測光在空間上一般是非共線傳播，通常通過空間濾波來選擇性地實現(xiàn)對探測光的測量，或者可進(jìn)一步地通過偏振消光來實現(xiàn)對栗浦光雜散光的進(jìn)一步濾除，以提高信噪比。同時，傳統(tǒng)的栗浦-探測技術(shù)使用的栗浦與探測光波長相同，或者利用倍頻晶體對其中一束光進(jìn)行倍頻實現(xiàn)雙色測量，亦或使用光學(xué)參量振蕩器或者放大器的輸出光作為栗浦光或探測光的其中一束來實現(xiàn)雙色測量。這使得栗浦光和探測光的激發(fā)波長(能量)無法分別獨立、任意調(diào)諧，不能實現(xiàn)對材料中多激發(fā)態(tài)和耦合材料體系特定能級的瞬態(tài)動力學(xué)過程的研究測試，應(yīng)用受到局限，無法全面的研究物質(zhì)的特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種雙色、微區(qū)反射式瞬態(tài)光譜測量系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單和成本低廉的優(yōu)點，解決栗浦光和探測光不能獨立調(diào)諧波長的雙色瞬態(tài)光譜測量問題。
[0004]為解決上述問題，本發(fā)明為一種波長可任意調(diào)諧的雙色、微區(qū)反射式瞬態(tài)光譜測量系統(tǒng)，包括:
[0005]—摻鈦藍(lán)寶石飛秒脈沖激光器；
[0006]—超連續(xù)白光產(chǎn)生套件，其位于摻鈦藍(lán)寶石飛秒脈沖激光器的輸出光路上；
[0007]—寬帶1/2波片，其位于超連續(xù)白光產(chǎn)生套件的光路上；
[0008]—偏振分光棱鏡，其位于寬帶1/2波片的光路上；
[0009]—第一帶通濾光片，其位于偏振分光棱鏡的反射光路上；
[0010]一第一反射鏡，其位于第一帶通濾光片的光路上，形成一預(yù)定夾角；
[0011]—第一分光棱鏡，其位于第一反射鏡的反射光路上；
[0012]—第二分光棱鏡，其位于第一分光棱鏡的反射光路上；
[0013]—第一顯微物鏡，其位于第二分光棱鏡的反射光路上；
[0014]一光斑監(jiān)視系統(tǒng)，其位于第一顯微物鏡的光路上，光斑監(jiān)視系統(tǒng)中放有樣品，并內(nèi)置CCD攝像頭和監(jiān)視器，用于精確監(jiān)控栗浦束光斑與探測束光斑的重合度以及它們在樣品上的位置；
[0015]—長波通濾光片，其位于第二分光棱鏡的透射光路上；
[0016]一凸透鏡，其位于長波通濾光片的光路上；
[0017]一光電探測器，其位于凸透鏡的光路上；
[0018]—斬波器，其位于偏振分光棱鏡透射光路上；
[0019]—第二帶通濾光片，其位于斬波器的光路上；
[0020]—電控平移臺，該電控平移臺的入光口 I接收第二帶通濾光片通過的光；
[0021]—第二反射鏡，其接收電控平移臺出光口 2發(fā)出的光，并將電控平移臺出光口 2發(fā)出的光反射到第一分光棱鏡上。
[0022]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0023](I)具有對栗浦光和探測光波長分別獨立可調(diào)的能力；
[0024](2)具有栗浦光和探測光共線的特點，經(jīng)顯微物鏡聚焦后，二者重合至樣品同一點，簡化了栗浦光與探測光空間重合要求的調(diào)節(jié)步驟。
【附圖說明】
[0025]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施為例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，其中:
[0026]圖1為根據(jù)本發(fā)明雙色、微區(qū)反射式瞬態(tài)光譜測試系統(tǒng)的示意圖。
【具體實施方式】
[0027]請參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種波長可任意調(diào)諧的雙色、微區(qū)反射式瞬態(tài)光譜測量系統(tǒng)，包括:
[0028]—摻鈦藍(lán)寶石飛秒脈沖激光器I，產(chǎn)生脈沖超連續(xù)白光；
[0029]—超連續(xù)白光產(chǎn)生套件2，其位于摻鈦藍(lán)寶石飛秒脈沖激光器I的輸出光路上，通過超連續(xù)白光產(chǎn)生套件2江入射光調(diào)制成準(zhǔn)直的非線性超連續(xù)白光，所述超連續(xù)白光產(chǎn)生套件2包括:依序排列在同一光路上的第二顯微物鏡21、非線性超連續(xù)白光光纖22和第三顯微物鏡23，使用顯微物鏡21將摻鈦藍(lán)寶石飛秒脈沖激光器輸出激光耦合至非線性超連續(xù)白光光纖22中，產(chǎn)生脈沖超連續(xù)白光，使用顯微物鏡22將超連續(xù)白光準(zhǔn)直。所述的第二顯微物鏡21和第三顯微物鏡23為相對設(shè)置，所述超連續(xù)白光產(chǎn)生套件2中的非線性超連續(xù)白光光纖22的入光口位于第二顯微物鏡21的焦點處，出光口位于第三顯微物鏡23的焦點處；
[0030]一寬帶1/2波片3，其位于超連續(xù)白光產(chǎn)生套件2的光路上，通過旋轉(zhuǎn)寬帶1/2波片λ/2，改變白光的偏振方向；
[0031]—偏振分光棱鏡4，其位于寬帶1/2波片3的光路上，偏振分光棱鏡4將光源分為兩束偏振方向垂直的光，分別作為測試中的栗浦光(透射光)和探測光(反射光)，并調(diào)節(jié)二者功率比> 10:1 ;
[0032]—第一帶通濾光片5，其位于偏振分光棱鏡4的反射光路上對超連續(xù)白光進(jìn)行濾波，選擇所需求的特定波長單色光用于測試；
[0033]—第一反射鏡6，其位于第一帶通濾光片5的光路上，形成一預(yù)定夾角，所述第一反射鏡6與第一帶通濾光片5的光路形成的夾角為45度；
[0034]—第一分光棱鏡7，其位于第一反射鏡6的反射光路上，使栗浦光和探測光重新合為一束；
[0035]—第二分光棱鏡8，其位于第一分光棱鏡7的反射光路上，第二分光棱鏡8將第一分光棱鏡7反射過來的光反射到第一顯微物鏡9上；
[0036]—第一顯微物鏡9，其位于第二分光棱鏡8的反射光路上，第一顯微物鏡9是50倍顯微物鏡，將栗浦和探測兩束光聚焦至待測樣品；
[0037]—光斑監(jiān)視系統(tǒng)10，其位于第一顯微物鏡9的光路上，光斑監(jiān)視系統(tǒng)10中放有樣品，并內(nèi)置CCD攝像頭和監(jiān)視器，用于精確監(jiān)控栗浦束光斑與探測束光斑的重合度以及它們在樣品上的位置，第一顯微物鏡9入射的光通過樣品被反射，反射光通過第一顯微物鏡9，入射到第二分光棱鏡8，通過第二分光棱鏡8透射到長波通濾光片11 ；
[0038]—長波通濾光片11，其位于第二分光棱鏡8的透射光路上，栗浦光在進(jìn)入光電探測器13前被長波通濾光片11濾除雜散光；
[0039]一凸透鏡12，其位于長通濾光片11的光路上，探測光透過長波通濾光片11，由凸透鏡12聚焦至光電探測器13的感光面；
[0040]一光電探測器13，其位于凸透鏡12的光路上，光聚焦至光電探測器13的感光面，實現(xiàn)對探測光反射光強度測量，光電探測器13將連接鎖相放大器，進(jìn)行信號采集，斬波器14為鎖相放大器提供參考信號，探測的光電信號接入鎖相放大器經(jīng)濾波放大后，通過GPIB數(shù)據(jù)采集卡，最后送給計算機處理數(shù)據(jù)；
[0041]—斬波器14，其位于偏振分光棱鏡4透射光路上，斬波器14對栗浦光進(jìn)行斬波調(diào)制，并作為參考信號源引入鎖相放大器，以放大被栗浦光調(diào)制的探測光強度的變化；
[0042]—第二帶通濾光片15，其位于斬波器14的光路上，對超連續(xù)白光進(jìn)行濾波，選擇所需求的特定波長單色光用于測試；
[0043]—電控平移臺16，該電控平移臺16的入光口 I接收第二帶通濾光片15通過的光，電控平移臺16內(nèi)部有兩個相互垂直并且與光的入射面成45度角的反射鏡組成的折返鏡，可以保證通過電控平移臺16的入射光和出射光在同一平面內(nèi)并且平行，將濾光后的栗浦光引入電控平移臺16上，由固定在電控平移臺16上的折返鏡反射回測試光路中，實現(xiàn)對栗浦光和探測光脈沖的時間延遲；
[0044]—第二反射鏡17，其接收電控平移臺16出光口 2發(fā)出的光，該第二反射鏡17與電控平移臺16出光口 2形成一預(yù)定夾角，并將電控平移臺16出光口 2發(fā)出的光反射到第一分光棱鏡7上，所述第二反射鏡17與電控平移臺16出光口 2形成的夾角為45度。
[0045]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種波長可任意調(diào)諧的雙色、微區(qū)反射式瞬態(tài)光譜測量系統(tǒng)，包括: 一摻鈦藍(lán)寶石飛秒脈沖激光器； 一超連續(xù)白光產(chǎn)生套件，其位于摻鈦藍(lán)寶石飛秒脈沖激光器的輸出光路上； 一寬帶1/2波片，其位于超連續(xù)白光產(chǎn)生套件的光路上； 一偏振分光棱鏡，其位于寬帶1/2波片的光路上； 一第一帶通濾光片，其位于偏振分光棱鏡的反射光路上； 一第一反射鏡，其位于第一帶通濾光片的光路上，形成一預(yù)定夾角； 一第一分光棱鏡，其位于第一反射鏡的反射光路上； 一第二分光棱鏡，其位于第一分光棱鏡的反射光路上； 一第一顯微物鏡，其位于第二分光棱鏡的反射光路上； 一光斑監(jiān)視系統(tǒng)，其位于第一顯微物鏡的光路上，光斑監(jiān)視系統(tǒng)中放有樣品，并內(nèi)置CCD攝像頭和監(jiān)視器，用于精確監(jiān)控栗浦束光斑與探測束光斑的重合度以及它們在樣品上的位置； 一長波通濾光片，其位于第二分光棱鏡的透射光路上； 一凸透鏡，其位于長波通濾光片的光路上； 一光電探測器，其位于凸透鏡的光路上； 一斬波器，其位于偏振分光棱鏡透射光路上； 一第二帶通濾光片，其位于斬波器的光路上； 一電控平移臺，該電控平移臺的入光口 I接收第二帶通濾光片通過的光； 一第二反射鏡，其接收電控平移臺出光口 2發(fā)出的光，并將電控平移臺出光口 2發(fā)出的光反射到第一分光棱鏡上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙色、微區(qū)反射式瞬態(tài)光譜測試系統(tǒng)，其中超連續(xù)白光產(chǎn)生套件包括:依序排列在同一光路上的第二顯微物鏡、非線性超連續(xù)白光光纖和第三顯微物Ho3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙色、微區(qū)反射式瞬態(tài)光譜測量系統(tǒng)，其中所述的第二顯微物鏡和第三顯微物鏡為相對設(shè)置。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙色、微區(qū)反射式瞬態(tài)光譜測量系統(tǒng)，其中超連續(xù)白光產(chǎn)生套件中的非線性超連續(xù)白光光纖的入光口位于第二顯微物鏡的焦點處，出光口位于第三顯微物鏡的焦點處。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙色、微區(qū)反射式瞬態(tài)光譜測量系統(tǒng)，其中第一反射鏡與第一帶通濾光片的光路形成的夾角為45度。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙色、微區(qū)反射式瞬態(tài)光譜測量系統(tǒng)，其中第二反射鏡與電控平移臺出光口 2形成的夾角為45度。
【專利摘要】一種波長可任意調(diào)諧的雙色、微區(qū)反射式瞬態(tài)光譜測量系統(tǒng)，包括：一摻鈦藍(lán)寶石飛秒脈沖激光器、一超連續(xù)白光產(chǎn)生套件、一寬帶1/2波片、一偏振分光棱鏡、一第一帶通濾光片、一第一反射鏡、一第一分光棱鏡、一第二分光棱鏡、一第一顯微物鏡、一光斑監(jiān)視系統(tǒng)、一凸透鏡、一斬波器、一第二帶通濾光片、一電控平移臺和一第二反射鏡上述部件分別位于對應(yīng)的光路上。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單和成本低廉的優(yōu)點，解決泵浦光和探測光不能獨立調(diào)諧波長的雙色瞬態(tài)光譜測量問題。
【IPC分類】G01J3/28
【公開號】CN105092029
【申請?zhí)枴緾N201510212354
【發(fā)明人】閆騰飛, 牛秉慧, 高海霞, 李杭, 閆煒, 歷巧巧, 張新惠
【申請人】中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年4月29日