[发明专利]时间分辨法拉第旋转技术改进实验装置及方法

权利要求书

1.一种时间分辨法拉第旋转技术改进实验装置，其特征是，包括：若干反射镜、分束镜、光学延迟线、斩波器以及控制器、锁相放大器、探测器、1/4波片、1/2波片、沃拉斯顿棱镜以及透镜；

激光脉冲依次经过反射镜M1、反射镜M2以及分束镜后分成两束，其中一束作为抽运光，依次经过斩波器、光学延迟线、反射镜M3、反射镜M4、1/4波片和透镜后聚焦到样品上，透过样品的抽运光被遮挡物遮挡或吸收；另外一束作为探测光，依次经过反射镜M5、反射镜M6、反射镜M7和透镜后聚焦到样品的同一点上，透过样品的探测光依次经过反射镜M8、1/2波片、沃拉斯顿棱镜后分别经过第一探测器和第一锁相放大器、第二探测器和第二锁相放大器后进入电脑进行处理。

2.如权利要求1所述的一种时间分辨法拉第旋转技术改进实验装置，其特征是，所述光学延迟线包括单轴电动平移台和固定在上面的三棱镜，用于改变抽运光的光程，利用空间上的延迟实现时间上的延迟，从而实现时间分辨。

3.如权利要求1所述的一种时间分辨法拉第旋转技术改进实验装置，其特征是，所述第一探测器和第二探测器为全同探测器；如果探测光是可见光，则选用Si探测器；如果探测光是红外光，则选用InGaAs探测器。

4.如权利要求1所述的一种时间分辨法拉第旋转技术改进实验装置，其特征是，所述激光脉冲依次经过反射镜M1、反射镜M2以及分束镜后分成两束，其中经过光学延迟线的一束为抽运光，强圆偏振抽运光激发自旋极化；另外一束光线强度弱于抽运光的脉冲作为探测光，检测抽运光引起的材料性质变化。

5.如权利要求1所述的一种时间分辨法拉第旋转技术改进实验装置，其特征是，在所述光学延迟线和控制器之间设置斩波器，用于抑制噪声。

6.一种如权利要求1所述的时间分辨法拉第旋转技术改进实验装置的工作方法，其特征是，包括：

(1)脉冲激光器输出的线偏振脉冲激光经过分束镜后分为光强度较弱的线偏振探测光和光强度较强的抽运光，抽运光经过斩波器、光学延迟线和1/4波片后变成圆偏振光；

(2)通过改变抽运光的光程，使得抽运光分别晚于、同时和早于线偏振探测光到达样品；改变抽运光和探测光到达样品的时间差，透过样品的探测光的光强也逐步变化，最终实现时间分辨；

(3)圆偏振光经过样品后被光吸收器吸收掉或者用光阑挡掉；透射的线偏振探测光的偏振方向与1/2波片的快轴的夹角为45°，经过沃拉斯顿棱镜分为正交的s、p偏振分量；

(4)在抽运光和探测光相对延迟不同时间的情况下，透过的探测光的强度有所不同，而这些不同刚好反映的是激发态的粒子数的弛豫过程；

(5)通过样品的探测光分别经过两个探测器后输入由电脑控制的锁相放大器，探测光强度的变化能够从电脑上读出；将接收到的两个探测器的两组数据做差处理，得到线偏振探测光的法拉第旋转角。

7.如权利要求6所述的一种时间分辨法拉第旋转技术改进实验装置的工作方法，其特征是，所述步骤(2)中抽运光晚于线偏振探测光到达样品时：

当探测光从分束镜到样品的光程小于抽运光相应的光程时，同一个激光脉冲分成的探测光脉冲就会早于抽运光脉冲到达样品，材料对较弱的探测光有基态的微弱吸收，通过样品的光强由材料基态的吸收截面和基态的粒子数决定。

8.如权利要求6所述的一种时间分辨法拉第旋转技术改进实验装置的工作方法，其特征是，所述步骤(2)中抽运光等于线偏振探测光到达样品时：

通过光学延迟线对抽运光做设定时间的延迟，即改变抽运光的光程，当抽运光的光程等于探测光的光程时，探测光脉冲和抽运光脉冲将同时到达样品，样品吸收强抽运光后，其中部分处于基态的电子被抽运到激发态，使得激发态有粒子数布居，处于基态和激发态的粒子都会吸收探测光脉冲形成跃迁，通过样品后的探测光的光强由基态和激发态的吸收截面和粒子数共同决定。

9.如权利要求6所述的一种时间分辨法拉第旋转技术改进实验装置的工作方法，其特征是，所述步骤(2)中抽运光早于线偏振探测光到达样品时：

改变抽运光的光程，使其早于探测光到达样品，在抽运光与探测光到达样品的时间差内，被抽运光激发到激发态的部分粒子弛豫到其它的态，通过样品后的探测光的强度由基态、激发态和弛豫到的其他态的吸收截面和粒子数共同决定。