[发明专利]一种双光子吸收谱的测量方法及系统

说明书

本发明属于双光子吸收谱的测量领域，提供了一种双光子吸收谱的测量方法及系统。该方法，包括：建立非简并双光子吸收系数的数学模型；测量样品薄膜在0.5Eg‑Eg范围内的反射和透射谱，并转换为吸收谱实验曲线；采用所述非简并双光子吸收系数的数学模型拟合所述吸收光谱实验曲线；输出非简并双光子吸收系数谱及其他吸收机制的吸收谱。

技术领域

本发明属于双光子吸收谱测量领域，尤其涉及一种双光子吸收谱的测量方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

双光子吸收(two-photon absorption,2PA)是指半导体材料，在入射光的激发下同时吸收两个光子跃迁到高能态，并产生电子-空穴对的过程。双光子吸收属于非线性光学效应。半导体的巨大光学非线性特性使其成为光学开关、光限幅、频率上转换、三维光存储和其他非线性光学应用的重要材料。

测量双光子吸收系数较为成熟并得到广泛应用的方法，是1989年 Sheik-Bahace等人提出的Z-scan技术。该技术采用单基横模高斯激光束，照射样品产生光学克尔效应，通过检测透射率和解析式拟合，得到非线性折射率(闭孔)和非线性吸收系数(开孔)。此后，在此基础上发展了多种改进的Z-scan技术,使测量的灵敏度有了很大的提高，且拓展了测量的内容。这些方法包括：双色光Z-scan(Two color Z-scan)、双光束时间分辨率Z-scan(Time-resolved Z-scan)、遮挡Z-scan(Eclipsing Z-scan)、反射Z-scan(Reflection Z-scan)等改进的Z-scan技术。

各种方法有着各自不同的优缺点，但是问题在于用不同的方法测量双光子吸收系数时，得到的结果往往有很大的不同，有时甚至相差多达几个数量级。即使是用同一种方法，当所用的入射光脉冲的持续时间不同时，测得的双光子吸收系数也有很大的偏差。

实际上，在hυEg波段，同时存在着自由载流子吸收(free-carrier absorption,FCA)、2PA和3PA(three-photon absorption,3PA)过程。FCA与多光子吸收过程同时存在，相互叠加，用激光Z-扫描技术的透射率检测方法较难区分清楚。另外，测试用激光光源加上可调谐光学参量发生器，得到的非线性吸收系数光谱范围有限，不是完整的非线性吸收区的吸收谱。

因此，迫切需要一种简便、真正全光谱的双光子吸收系数测量方法，该方法采用热辐射光源，测量一次就能够得到非简并双光子吸收系数谱。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种双光子吸收谱的测量方法及系统，其只需用普通光源测量样品薄膜在0.5Eg-Eg范围内的反射和透射谱，就可以得到这个范围内的双光子吸收谱，不需要可调谐激光光源的多次测量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种双光子吸收谱的测量方法。

一种双光子吸收谱的测量方法，包括：

建立非简并双光子吸收系数的数学模型；

测量样品薄膜在0.5Eg-Eg范围内的反射和透射谱，并转换为吸收谱实验曲线；

采用所述非简并双光子吸收系数的数学模型拟合所述吸收光谱实验曲线；

输出非简并双光子吸收系数谱及其他吸收机制的吸收谱。

本发明的第二个方面提供一种双光子吸收谱的测量系统。

一种双光子吸收谱的测量系统，包括：

模型建立单元，其被配置为：建立非简并双光子吸收系数的数学模型；