[发明专利]一种基于光载流子辐射技术的高功率紫外激光光束特性测量记录方法

说明书

技术领域

本发明涉及紫外激光光束特性测量记录的技术领域，具体涉及一种基于光载流子辐射技术的高功率紫外激光光束特性测量记录方法。

背景技术

随着高功率紫外激光器的发展，其在医学、工业和军事等领域的应用越来越广泛。目前对紫外激光光束特性进行测量的方法主要有两种：直接测量和间接测量。直接测量采用对紫外激光响应的紫外成像器件进行成像；间接测量需要先将激光器输出的紫外光信号转换成常规波段光信号，然后采用常规波段的光成像器件对其成像。对于高功率紫外激光光束特性测量，采用上述两种方法进行测量时，为了避免对检测器件造成损伤，常需要光束取样器件和衰减器对高功率紫外激光光束进行采样和衰减。由于光学器件存在非线性响应和波前误差，增加了激光光束分布特性的测量误差。

掺杂半导体材料是目前半导体制造产业中的常用材料，其成本低，制作技术成熟，在紫外激光光束照射下，掺杂引起的电损伤会在不同强度激光退火作用下得到不同程度的修复，其修复情况的二维分布与激光束的二维光强分布有关，利用该特性可直接永久记录紫外激光光束分布特性。光载流子辐射技术(A.Mandelis,J.Batista,and D.Shaughnessy,Infrared photocarrier radiometry of semiconductors:Physical principles,quantitative depth profilometry,and scanning imaging of deep subsurface electronic defects,Phys.Rev.B.67,205208(2003))主要用于半导体材料输运特性的测量和掺杂浓度以及掺杂均匀性的检测，由于信号强度随掺杂浓度单调变化，有利于定标，利用该技术测量得到掺杂半导体材料损伤修复情况的二维分布，经标定即可获得紫外激光光束的二维光强分布。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：克服现有技术的不足，提供一种基于光载流子辐射技术的高功率紫外激光光束特性测量记录方法。由于掺杂半导体材料在紫外激光照射下产生退火效应使得半导体材料由于掺杂引起的损伤得到修复，其修复程度的二维分布与激光束的光强分布有关，使得紫外激光光束的二维光强分布在掺杂半导体材料中得到记录；通过光载流子辐射技术测量得到掺杂半导体材料损伤修复情况的二维分布，经标定即可获得紫外激光光束的二维光强分布。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种基于光载流子辐射技术的高功率紫外激光光束特性测量记录方法，其基本测量/记录过程包括：

步骤（1）、被测高功率紫外激光光束直接照射到掺杂半导体材料表面，以记录紫外激光光束二维光强分布；

步骤（2）、利用光载流子辐射技术对照射区域进行成像，通过标定获得紫外激光光束的二维光强分布；

所述的对照射区域进行成像的光载流子辐射技术可采用光电探测器进行扫描式成像或通过InGaAs红外相机直接成像，得到光载流子辐射信号二维强度分布S(x,y)。

所述的标定过程即根据光载流子辐射信号强度分布S(x,y)及入射紫外光能量分布E(x,y)与光载流子辐射信号强度分布S(x,y)的关系E(x,y)=f(S(x,y))，计算得到紫外激光光束二维光强分布E(x,y)。

所述的入射紫外激光能量与光载流子辐射信号强度的关系E(x,y)=f(S(x,y))可通过改变入射到掺杂半导体材料表面的紫外激光总能量E，得到不同入射激光总能量时光载流子辐射信号总强度S，绘制S-E曲线拟合得到。

其中，通过选择合适的掺杂半导体材料和合适的光载流子辐射测量过程中的激励光波长和调制频率等参数，提高紫外激光光束特性测量精度。

其中，所述的掺杂半导体材料的掺杂非均匀性引起的测量误差可通过数据处理方法消除。

其中，当紫外激光波长低于200nm时，整个记录过程在密封的高纯氮气环境下进行，以避免空气吸收和散射等因素对高功率紫外激光光束特性记录和测量的影响。

本发明的原理是：

紫外激光光束照射到掺杂半导体材料表面，其光能通过电磁相互作用被半导体材料吸收。当吸收的激光能量低于半导体材料的熔融阈值时，半导体材料通过固相外延再结晶，从而使得离子注入引起的晶格损伤得到一定程度的修复，其修复程度的二维分布与激光束的光强分布有关，而通过光载流子辐射技术测量得到掺杂半导体材料损伤修复情况的二维分布，经标定即可获得紫外激光光束的二维光强分布。

本发明提供的一种基于光载流子辐射技术的高功率紫外激光光束特性记录方法具有以下优点：