[发明专利]时域布里渊散射实验中优选探测光波长的方法及装置

说明书

本发明公开了一种时域布里渊散射实验中优选探测光波长的方法及装置，利用探测光波长发生变化时，阻尼振荡的振幅、频率以及衰减系数均会被调制的结论，以此进行计算机仿真实验来优选出探测光波长。本发明优选出时域布里渊散射实验中的探测光波长，可以获得更优的利用时域布里渊散射实验进行检测分析的效果。

技术领域

本申请涉及检测分析技术领域，特别是涉及一种时域布里渊散射实验中优选探测光波长的方法及装置。

背景技术

时域布里渊散射技术(Time-domainBrillouin scattering，TDBS)是一种高灵敏度的检测分析技术，其原理是用一束泵浦脉冲激发样品中原子或分子的运动，再用一束可以调节时间差的探测脉冲对某一时刻样品内原子或分子运动变化进行探测，即对声子的探测，在实验上测得的表现形式为样品表面的反射率变化。根据材料的不同、探测光及泵浦光的波长和功率等变化，所测量得到的反射率变化也会因此而改变，其变化一般由一段由电子涨落引起的曲线和一段阻尼振荡组成，其中的阻尼振荡正是研究的核心，包含三个重要的参数：振荡的振幅、振荡的频率、振荡的衰减系数。

TDBS技术具有无损、无接触、灵敏度高等优点，通常能够探测到10^-5量级的反射率变化。采用TDBS技术，能够将时域信号转换为频域信号用于测量样品声速(折射率已知的情况下)；通过追踪信号的振幅衰减，可以计算出样品声波能量的耗散速率；对纳米尺度的粒子、生物样品等结构进行无创成像；同时TDBS技术还能在电子带间跃迁的研究中发挥作用。

声子分为光学支和声学支，声学支具有以下的特点：1、振荡频率会随着探测光波长的不同而变化，即布里渊频率其中λ_pr是探测光波长，n_pr是在该探测波长下样品的折射率，v是样品的声速；2、声学声子的振荡频率通常只有亚GHz的量级，远小于光学声子的THz的量级；3、通常能够在100ps的时间范围内观测到相干声学声子振荡，而光学声子的可观测范围则小得多。例如在Ge的TDBS实验中，通常测量到的是声学支(CAP)，TDBS实验方法可以探测大部分样品中的CAP，在实验中Ge只是作为一个常见的半导体系统进行展示。由于实验中使用的光波长通常在可见光的范围，因此毫米量级的Ge材料可以视为大块材料。

在TDBS实验中，为了更高效、更准确地从实验数据中提取有效信息，通常希望振荡信号的振幅足够大，能观测到的信号足够多，同时由于实验中光电器件的分辨率有限，频率越小的振荡分析起来越困难。因此，如何找到一个方法，能够使这三个因素同时满足要求就显得非常重要。

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种时域布里渊散射实验中优选探测光波长的方法及装置，利用探测光波长发生变化时，阻尼振荡的振幅、频率以及衰减系数均会被调制的结论，以此进行计算机仿真实验来优选出探测光波长。

本发明的第一方面，一种时域布里渊散射实验中优选探测光波长的方法，包括：

基于时域布里渊散射实验中反射率的变化公式，得到当探测光波长发生变化时，阻尼振荡的振幅、频率以及衰减系数均会被调制的结论；

通过仿真实验来寻找优选的探测波长，具体包括：

对于一个材料系统，根据所述材料系统的参数进行仿真：

针对振荡持续时间的考量，利用一个参数τ＝1/(α_pu×v)来量化震荡的持续时间，得到探测波长不同时会引起参数τ变化的结论，其中α_pu是泵浦光的吸收系数，v是介质的声速；

针对振荡振幅的考量，找到振幅最大值时的探测波长；

针对振荡频率的考量，找到振荡频率随探测波长的增加而下降的规律；

将振荡信号的振幅A₀、频率f和振荡持续时间τ三者做乘积并绘图展现出来，通过图示找出优选的探测波长。