[发明专利]一种超快时间分辨瞬态反射光谱仪

说明书

本发明实施例提供一种超快时间分辨瞬态反射光谱仪，包括飞秒激光光源、分束镜、泵浦光系统、探测光系统、光电探测器和计算机；通过分束镜用于将飞秒脉冲激光分为第一脉冲激光和第二脉冲激光，并将所述第一脉冲激光发送至所述泵浦光系统，将所述第二脉冲激光发送至所述探测光系统；所述泵浦光系统用于接收所述第一脉冲激光，对所述第一脉冲激光进行倍频处理得到半波长泵浦光，并将所述半波长泵浦光聚焦至样品表面；所述探测光系统用于对所述第二脉冲激光进行延迟处理，得到全波长探测光，并在所述半波长泵浦光聚焦至样品表面后将所述全波长探测光聚焦至样品上；实现双波长泵浦‑探测的方式，测量块材表面瞬态反射率的相对变化率。

技术领域

本发明涉及超快激光技术领域，更具体地，涉及一种超快时间分辨瞬态反射光谱仪。

背景技术

在过去的几十年中，半导体超快载流子动力学领域取得了巨大的进步。这一成就背后的驱动力是半导体器件的直接应用和对更快的响应速度和更快的信息处理的无止境要求。为了改进和开发微型电子器件并满足上述要求，必须对半导体中各种动力学过程有基本的了解和详细的研究。因此，半导体在非平衡状态下的激发以及随后的各种载流子的弛豫过程已成为半导体研究的一个关键领域。

传统的实验手段通常利用外部电场驱动导带中电子运动从而测量其输运特性或隧穿性质，或者改变外部参数如温度、掺杂、压力和磁场等，从而诱导电子在能级间发生跃迁继而观测其光吸收谱或发射谱，然而，这些外部激励作用时间远大于系统内部自由度之间的相互作用时间，从而使物质处于准平衡态，此时电子、晶格、和自旋等自由度之间相互纠缠在一起很难进行单独研究。相对地，利用飞秒激光脉冲激励物质可产生超快非平衡态，由于电子、晶格、和自旋动力学等具有不同的特征时间，我们可以利用时间分辨泵浦-探测光谱在时域上对各自有度分别进行研究。而且，光激发载流子的产生、迁移以及复合的动力学过程往往都是处于皮秒量级上，传统的静态观测方式根本捕捉不到其内在的动力学变化。

大多数泵浦-探测实验是基于样品透射谱的研究，这对于纳米材料、液体材料以及薄膜材料等方面具有突出的优势，在纳米光学以及太阳能转换等多个领域具有至关重要的作用。但对于半导体、超导体及拓扑绝缘体等块状材料，其透射率较低，采用透射的方式几乎观测不到其变化。故有必要研究一种适用于探测材料反射谱的装置。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种超快时间分辨瞬态反射光谱仪，解决了现有技术中对于半导体、超导体及拓扑绝缘体等块状材料，采用透射的方式几乎观测不到其变化，进而无法捕捉不到其内在的动力学变化的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种超快时间分辨瞬态反射光谱仪，包括飞秒激光光源、分束镜、泵浦光系统、探测光系统、光电探测器和计算机；

所述飞秒激光光源用于生成飞秒脉冲激光，并将所述飞秒脉冲激光发送至所述分束镜；

所述分束镜用于将所述飞秒脉冲激光分为第一脉冲激光和第二脉冲激光，并将所述第一脉冲激光发送至所述泵浦光系统，将所述第二脉冲激光发送至所述探测光系统；

所述泵浦光系统用于接收所述第一脉冲激光，对所述第一脉冲激光进行倍频处理得到半波长泵浦光，并将所述半波长泵浦光聚焦至样品表面；

所述探测光系统用于对所述第二脉冲激光进行延迟处理，得到全波长探测光，并在所述半波长泵浦光聚焦至样品表面后将所述全波长探测光聚焦至样品上；

所述光电探测器用于接收样品表面的瞬态反射率光信号，并传输至所述计算机；

所述计算机用于对瞬态反射率光信号进行分析处理，得到样品表面的瞬态反射率变化。

本发明提出一种超快时间分辨瞬态反射光谱仪，采用双波长泵浦探测的方式，测量块材表面瞬态反射率的相对变化值来探究半导体、超导体以及拓扑绝缘体中载流子的超快动力学过程。

附图说明