[发明专利]深紫外激光光致发光光谱仪

说明书

技术领域

本发明属于光谱仪器与光谱技术领域，特别是指一种深紫外激光光致发光光谱仪。

背景技术

光谱技术是利用光波与物质的相互作用来研究物质的物理、化学性质的重要测试手段，它在材料物理研究和材料性质表征方面发挥着重要的作用。以半导体材料为例，利用光谱技术可获得材料的晶格结构、电子能带结构、杂质、缺陷、表面态、载流子输运等重要信息。在光谱技术及光谱仪器中，光源是基础。在激光器出现以前，多以热致发光(如卤素灯、硅碳棒灯)、气体放电(如氘灯、氙灯)等方法来获得非相干光波的输出。这些光源有着功率密度低、谱线宽、不易汇聚等缺点，往往不能满足许多光谱测试的需求。激光器的出现使得光谱学及相关领域发生了革命性的变化。在许多情况下，激光器的应用可以使光谱仪器的分辨率和灵敏度提高几个数量级，同时使得测试时间大为缩短。激光器出现之前，许多由于光源强度不够或由于没有足够的光谱分辨率和时间分辨率而无法完成的实验，现在则非常容易实现。

作为光谱光源的激光器比非相干光源(如同步辐射、气体放电灯等)有着无可比拟的优越性，主要表现为：功率密度高、单色性好、波长可调谐、可实现超短时间分辨测量、光束质量好等。近几十年来以激光为光源的光学方法和光谱技术(例如被广泛应用的光致发光技术)已经成为检测和表征半导体材料物理性质最基本、最重要的手段而被广泛应用。利用这些光谱技术可以获得材料的晶体结构、电子态、能带(级)结构、激子、声子结构、电子-声子散射、杂质、缺陷、表面态、各类瞬态过程(热电子弛豫、载流子的发射和俘获等)等多种信息。

几十年来，激光技术得到了迅猛发展，波长覆盖从紫外至THz远红外的广阔波段。然而，适用于光谱仪器的深紫外激光光源却依然处于发展初期阶段。截至目前，国际上还没有以全固态深紫外激光器为光源的激光光致发光光谱仪器。见于文献报导的以固态激光器为激发光源、激发波长最短的光致发光谱实验装置，其激光波长为195nm，光谱探测波长大于200nm。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种新型的深紫外激光光致发光光谱仪，该光谱仪采用全固态深紫外激光器为激发光源，并具有稳态发射光谱和时间分辨光谱测量功能，可用于AlN、BeZnO等超宽禁带半导体材料及其它宽禁带材料的光学性质研究。

本发明提供一种深紫外激光光致发光光谱仪，包括：一全固态深紫外激光器；一真空样品室，该真空样品室的激光输入接口与全固态深紫外激光器的激光输出接口通过法兰连接，以便将深紫外激光器发射的激光引入真空样品室，用于激发样品；一真空单色仪，该真空单色仪的入口与真空样品室的荧光输出口通过法兰连接，用于将样品发射的荧光引入单色仪；一第一真空维持系统，该第一真空维持系统与真空样品室连接，以维持真空样品室的真空状态，及测量真空度；一第二真空维持系统，该第二真空维持系统与真空单色仪连接，以维持真空单色仪的真空状态，及测量真空度；一低温系统和控温装置，该低温系统和控温装置与真空样品室通过法兰连接，用于控制样品的温度；一样品架三维调整装置，该样品架三维调整装置与真空样品室连接，用于调整样品的空间位置；一稳态发射谱探测系统，该稳态发射谱探测系统与真空单色仪的一个出口连接，用于稳态光谱信号的测量；一时间分辨光谱探测系统，该时间分辨光谱探测系统与真空单色仪的另一个出口连接，用于时间分辨光谱信号的测量；一真空泄漏安全系统，该真空泄漏安全系统的第一、第二控制端与第一真空维持系统连接，第三、第四控制端与第二真空维持系统连接，第五控制端与低温系统和控温装置连接，该真空泄漏安全系统用于在真空异常泄漏情况下，紧急关闭第一真空维持系统、第二真空维持系统、低温系统和控温装置，避免上述装置在真空度突然下降的情况下受到损坏；一计算机控制装置，该计算机控制装置用于控制真空泄漏安全系统、真空单色仪、低温系统和控温装置、样品架三维调整装置、稳态发射谱探测系统和时间分辨光谱探测系统。

其中真空样品室包括一样品架和一荧光收集装置，该样品架用于安放样品，该荧光收集装置用于将荧光有效地收集并引入到真空单色仪内。

其中第一真空维持系统包括第一真空泵组和第一真空计及真空管路和真空阀门，该第一真空泵组用于维持真空样品室的真空状态，该第一真空计用于测量真空样品室的真空度。

其中第二真空维持系统包括第二真空泵组和第二真空计及真空管路和真空阀，该第二真空泵组用于维持真空单色仪的真空状态，该第二真空计用于测量真空单色仪的真空度。

其中全固态深紫外激光器输出激光的波长为177-200nm。