[发明专利]分析光学元件保偏特性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁光光谱学领域，特别适用于在半导体自旋电子学的光学性质研究中，需要在样品中激发自旋极化电子，或者探测样品中自旋极化电子与空穴复合发射荧光等涉及到圆偏振光的情况。

背景技术

自从1988年巨磁电阻效应在铁/铬多层结构中被发现后，20多年来，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。

由于其费米能级附近电子态密度比金属中的小很多，半导体材料拥有远大于金属材料中的极化自旋寿命和自旋扩散长度。更重要的，经过几十年的探索，在半导体器件领域，人们已经积累了大量的知识、进行了大量的实践，也拥有了各种成熟的器件工艺。所以，半导体材料成为了自旋电子学研究的最佳平台。

光谱技术，一向是研究半导体材料性质的主要手段，自然也成为半导体自旋电子学领域的重要研究工具之一。在利用磁光光谱技术进行半导体自旋电子学的研究时，往往需要用激发光在样品中泵浦出自旋极化的电子，或者探测样品中自旋极化的电子和空穴复合后出射的荧光，这就在光路中引入了圆偏振(左旋或右旋)光。圆偏振光的极化度，通常定义为两种圆偏振光强度之差，与两种圆偏振光强度之和的商，这个极化度通常与实验结果有直接的关系。而特定极化度的圆偏振光在通过某一光学元件后，由于光学元件对两种圆偏振光的吸收不同，该极化度往往会发生非预期的变化，从而影响实验结果的准确性，甚至使实验结果无法正确反映真实的物理过程。这就要求我们采用某种方法，分析光学元件是否改变、以及如何改变入射光的偏振状态。

在半导体自旋电子学领域，自旋相关输运的研究中，经常采用“极化器-检测器”的实验配置来研究某两态实验对象：由“极化器”引入处于某个状态的实验对象，而这个实验对象的两种状态会在“检测器”上反映出不同的信号，从而通过监测“检测器”读出的信号，可以知道实验对象在“检测器”处的状态，以及实验对象从“极化器”到“检测器”过程中状态的变化。

发明内容

为了分析某个光学元件是否改变、以及如何改变入射光的偏振状态，从而避免在偏振光学实验中出现不真实的信号极化度，本发明基于“极化-检测”思想，提出了一种简便、直观的分析光学元件如何改变入射光偏振状态的方法。

本发明提供一种分析光学元件保偏特性的方法，包括如下步骤：

步骤1：由第一宽波段线偏振片和第一宽波段四分之一波长波片组成极化单元，由第二宽波段四分之一波长波片和第二宽波段线偏振片组成检测单元，在同一光路上依次排列有激光器、极化单元、检测单元和光功率计，以构成探测系统；

步骤2：调节极化单元，即调节第一宽波段线偏振片光轴与第一宽波段四分之一波长波片光轴的相对角度，使激光器出射的入射光成为完全极化的左旋或右旋圆偏振光；

步骤3：调节检测单元，即调节第二宽波段四分之一波长波片光轴与第二宽波段线偏振片光轴的相对角度，使其只允许与步骤二中入射光偏振特性相反的右旋或左旋圆偏振光通过，则此时入射光不能到达光功率计，从而光功率计的读数只是环境光的反映；

步骤4：在极化单元和检测单元之间插入待测的光学元件；

步骤5：读取光功率计的读数，若待测光学元件对入射光的偏振状态有所改变，光功率计的读数将有所增加；若待测光学元件对入射光的偏振状态没有改变，则光功率计的读数不变，仍然只反映环境光的强度。

其中采用的第一宽波段线偏振片和第二宽波段线偏振片，在可见到近红外的波长范围内消光比为100000∶1，以保证所进行测量的准确性。

其中采用的第一宽波段四分之一波长波片和第二宽波段四分之一波长波片，在690-1200nm的波长范围内消色差，以满足在该波长范围内所进行测量的准确性。

其中所采用的激光器，是工作在任何需要测试的波长的各种激光器。

其中所采用的光功率计，是带衰减器的硅芯片探测器，其探测灵敏度在可见到近红外的波长范围内达到皮瓦量级，以保证所进行探测的准确性。

本发明可以在磁光实验中预防某些光学元件对圆偏振光极化度带来的非预期改变，或者在实验结果中计及这些改变，从而提高实验结果的准确性，反映真实的物理现象。

附图说明

为进一步说明本发明的内容及特点，以下结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1是基于极化-检测技术，分析光学元件如何改变入射光偏振状态的方法所需探测系统的结构简图。

图2是对两个宽波段消偏振分光棱镜进行测量的实施例中所得到的测量结果。

具体实施方式