[发明专利]一种测量级联辐射过程中最上能级非均匀展宽的装置

说明书

技术领域

本发明涉及原子分子和凝聚态科学领域，尤其涉及一种测量级联辐射过程中最上能级非均匀展宽的装置。

背景技术

在众多科研领域中，能级的非均匀展宽反应了材料物质受到所处的物理环境的影响，是材料的重要物理性质之一。对于单粒子的发光能级而言，这种非均匀展宽表现为在不同时刻，发出的光子在能量上存在一些变化。尤其在量子点中，激子与双激子能级的非均匀展宽将影响到它发出纠缠光子对的纠缠特性。

现有技术中，能直接测量能级非均匀展宽的方法大致有以下几种：

1)直接比较光谱的方法。这种方法一般使用连续激光作为激发光源，在保持样品连续的被激发时，直接在不同时刻测量能级的发光光谱，将得到的一系列光谱放在一起进行比较，得出发光谱线位置随着时间的变化结果，进而得知能级的非均匀展宽。光谱的测量方式基本上是利用光栅光谱仪进行分光，并探测物质所发出荧光在各个波长上的强度。但是由于光栅色分辨能力和探测装置尺寸限制，在测量具有线状谱线的单粒子能级时，很难得到足够的分辨率。如果使用精度够高的FP腔扫描，则所得的光谱不是同一时刻发出来的，而且单个粒子能级发出的是单光子，探测为一个波长时都需要累积一定的时间进行计数，这样无法准确得到谱线的本征线宽，就无法准确说明非均匀展宽的大小。

2)光谱分段关联。具体的说，这种方法是利用分光系统，如FP腔从荧光光谱上滤出不同的部分，进行时间关联的分析，由于时间关联分析仪可以达到几十ps的时间分辨率，因此这种方法可以观测亚纳秒时间内的环境扰动造成的能级光谱非均匀展宽。

以上两种方法，由于涉及到直接探测能级发光的实际光谱，在研究级联辐射的最上能级展宽时受到限制。因为级联辐射过程发出的第一个光子光谱展宽是最上能级与中间能级的展宽之和，仅从光谱上无法去掉中间能级展宽的影响，因此无法直接得到最上能级的非均匀展宽。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量级联辐射过程中最上能级非均匀展宽的装置，扩展了能级研究的范围。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种测量级联辐射过程中最上能级非均匀展宽的装置，该装置包括：Franson型干涉仪系统与反馈控制系统；

级联辐射过程发出的光子对经过所述Franson型干涉仪系统，由所述Franson型干涉仪系统探测光子对的双光子关联信号，从而获得Franson干涉仪系统的干涉条纹，通过改变Franson型干涉仪系统的臂长差，读取各种情况下fanson干涉可见度的大小，从而获得最上能级非均匀展宽的情况；

所述反馈控制系统，用于计算Franson型干涉仪系统的相位差的变化，以保持Franson型干涉仪系统的相对稳定。

进一步的，所述Franson型干涉仪系统包括：偏振片、第一与第二半波片、第一与第二偏振分束器、第一与第二四分之一波片、第一与第二全反射镜、第一与第二相位片、第一与第二单光子探测器，以及时间关联分析仪；其中：

射入所述Franson型干涉仪中的级联辐射光子对在空间上平行分开，经由偏振片和第一半波片后，被第一偏振分束器上分为两束；其中的反射光经由第一四分之一波片射入第一全反射镜，并被第一全反射镜反射后按原路返回至第一偏振分束器，经第一偏振分束器透射至第二半波片；其中的透射光经由第二四分之一波片后，再分别经过第一相位片与第二相位片射入第二全反射镜，并被第二全反射镜反射后按原路返回至第一偏振分束器，经第一偏振分束器反射至第二半波片；

经第一偏振分束器透射与反射至第二半波片的两束光合在一起，再经由第二偏振分束器后分别由第一与第二单光子探测器接收；

第一与第二单光子探测器接收并探测后，产生相应的单光子脉冲信号，并输入至时间关联分析仪，经时间关联分析仪分析后，获得Franson干涉仪系统的干涉条纹。

进一步的，所述Franson型干涉仪系统还包括：平移台；

平移台上固定设置第二全反射镜，通过调节平移台来改变Franson型干涉仪系统的臂长差。

进一步的，所述反馈控制系统包括：半导体连续激光器、第三与第四单光子探测器、反馈电路与精密平移台；其中：

所述半导体连续激光器发出一个相干长度远大于Franson型干涉仪系统的臂长差的连续激光，经过衰减后，从空间上与级联辐射过程的光子对分开，入射到第二偏振分束器；

一部分光被第二偏振分束器反射至第三探测器，由第三探测器接收探测，产生的光电信号作为参考激光输入至反馈回路；