[发明专利]一种偏振分辨的差分反射谱测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及半导体自旋电子学技术领域，特别是涉及一种偏振分辨的差分反射谱测量系统，用于对半导体自旋电子学材料(比如：稀磁半导体材料)的自旋相关光学性质的测量。

背景技术

自从1988年巨磁电阻(Giant Magneto Resistance)效应在Fe/Cr多层结构中被发现后，20年来，旨在利用电子的另一内禀属性自旋来扮演电子电荷在现代信息技术领域中类似角色的新兴学科——自旋电子学，无论在实验室还是工业界都取得了令人惊异的长足发展。

在自旋电子学的研究中，偏振分辨的光学性质非常重要的研究内容：对如GaAs:Mn一类的所谓稀磁半导体，由于塞曼(Zeeman)效应的存在，能带在一定条件下会产生分裂，而具有不同的能量和自旋取向，通过分别测量样品的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光反射谱，可以直接反映出是否形成了磁性半导体，以及半导体能带的这种分裂。

现阶段，实验室里比较常见的测量反射谱的装置多是利用电调制和光调制来测量反射谱，但是灵敏度依然有待提高，实验的复杂程度有待降低。而对于偏振分辨的反射谱，通常使用光弹调制器来得到一个周期变化的圆偏振光，这就无法分别得到不同偏振的反射谱，所以，一种灵敏的，简便的可以实现偏振分辨的反射谱测量系统就显得非常必要。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种灵敏度较高，且易于实现的偏振分辨的差分反射谱测量系统。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种偏振分辨的差分反射谱测量系统，该系统包括：

一液氮杜瓦，用于放置样品和使样品达到液氮温度；

一手动三维平移台，包括一手动旋转台以及一俯仰台，用于放置液氮杜瓦以及调节液氮杜瓦的空间位置；

一消色差透镜，用于聚焦入射光到样品，并收集样品的反射光；

一激振器，包括周期性振动透镜，通过改变透镜位置得到位置周期性变化的入射光，并为锁相放大器提供参考信号，使发射光产生周期性变化；

一宽波段的四分之一波长波片，用于使得通过的线偏振光变为圆偏振光，并将从样品上反射回的圆偏振光变为线偏振光；

一双窗口的格兰泰勒棱镜，用于将入射光分解为o光和e光两束偏振方向垂直的线偏振光，并使得经过样品反射以及宽波段的四分之一波长波片的而成为线偏振光的反射光进入探测器；

一探测器，用于接收和探测反射光；

两锁相放大器，用于读出反射光的光强强度以及随激振器振动周期变化的大小；

一超连续白光光源，用于得到准连续的光谱；

一单色仪，用于得到需要波长的单色光，并对波长进行扫描；

一斩波，用于得到周期性的入射光信号，并为锁相放大器提供参考信号，从而得到入射光相对光强。

上述方案中，该系统利用所述双窗口格兰泰勒棱镜和所述宽波段的四分之一波长波片，实现入射光的起偏和反射光的检偏；利用所述激振器连接一个透镜，通过振动透镜，得到空间位置周期变化的入射光，实现入射光的空间调制。

上述方案中，该系统以所述激振器频率作为参考信号，利用所述锁相放大器测得由于光在样品不同位置上的反射强度变化，得到差分信号。

上述方案中，该系统利用所述双窗口格兰泰勒棱镜以及所述宽波段的四分之一波长波片得到入射左旋(右旋)圆偏振光，利用所述激振器连接一个透镜，通过振动透镜，得到周期移动的入射光，从而照射到样品不同位置得到反射光信号；并且经过样品反射回来成为右旋(左旋)圆偏振光，经过同一个四分之一波长波片变成与原先入射光偏振垂直的线偏振光，然后从格兰泰勒的另一个窗口出射进入探测器，从而得到左旋或右旋入射光的反射信号。

上述方案中，该系统利用所述激振器带动透镜得到周期性运动的透镜，实现入射光在样品上周期性的移动；利用所述斩波进行调制，得到一个周期性的入射光，以斩波频率为参考，得到入射光强度，以激振器频率为参考得到差分信号。

上述方案中，该系统利用所述激振器带动一个消色差透镜震动，使聚焦后的周期运动入射光照射到样品上，并且使得反射光再次通过该透镜，样品位于透镜焦点上。

上述方案中，该系统利用激光激发非线性光纤得到的超连续白光光源，通过与单色仪的组合，得到可连续扫描的单色光。

上述方案中，所述探测器为Si探测器或InGaAs探测器，用来接收和探测不同波段的反射光，给出光强的信号，传输给锁相放大器。