[发明专利]一种测量一维材料复极化率的装置及方法

说明书

本发明提供了一种测量一维材料复极化率的装置及方法。所述方法分别利用左‑(右‑)旋椭圆偏振光与一维材料散射光的干涉，在两组结果中复极化率实部(虚部)贡献相反(相同)，从而定量测量一维材料的复极化率。所述装置包括光源、第一偏振片、1/4波片、第一保偏镜头、被测一维材料样品、第二保偏镜头、第二偏振片和光谱仪。或者，所述装置包括光源、第一偏振片、1/4波片、分光镜、保偏镜头、被测一维材料样品、第二偏振片、反射镜和光谱仪。本发明首次实现了对一维材料复极化率的测量，具有测量速度快、测量频带广(1.6eV‑2.7eV)、不破坏被测样品、操作简单、设备易得等特点。

技术领域

本发明属于光谱学及光电子技术领域，涉及一种测量一维材料的复极化率的光学方法。

背景技术

一维材料是指材料有两个维度处于纳米尺寸(尺寸小于100纳米)，如纳米线、纳米棒、纳米纤维、纳米管等。光学复极化率是表征材料与光相互作用最基本的参数之一，它对更好地理解材料的光电性能及具体应用具备非常重要的意义。对于传统的三维材料或二维薄膜材料，光学复极化率可以依靠传统的衍射或反射用椭偏仪来测量。然而，在一维材料光谱学中，并没有反射和衍射的概念(Snell’s方程失效)，这使得传统测量方法无法实现对一维材料复极化率的测量。另一方面，由于克莱默-克朗尼格关系计算的积分范围需要从0到正无穷，这导致理论上也无法精确计算出复极化率实部信息。截至目前，国内外还未见报道测量一维材料光学复极化率的技术，因此，发展一种广泛用于测量一维材料光学复极化率的技术显得尤为重要。

发明内容

针对目前测一维材料复极化率测量技术的缺失，本技术提出了一种基于椭圆偏光的零差检测方法来测量一维材料的光学复极化率的装置及方法。该方法基于精确控制左-(右-)旋椭圆偏振光与一维材料散射光的干涉，结果在两组光谱中复极化率实部(虚部)贡献相反(相同)，从而通过两组光谱结果定量测量一维材料的复极化率。这种针对一维材料的复极化率测量会加速它们在未来光子、光电、光电和生物成像设备上的精确设计和应用，提供一个新的可检测参数来监控诸如电荷掺杂、应变等外部调制。

一种测量一维材料复极化率的装置，包括光源、第一偏振片、1/4波片、第一保偏镜头、被测一维材料样品、第二保偏镜头、第二偏振片和光谱仪。光源发出的光依次经过第一偏振片、1/4波片、第一保偏镜头、被测一维材料样品、第二保偏镜头、第二偏振片，最终被光谱仪接收。

一种测量一维材料复极化率的装置，包括光源、第一偏振片、1/4波片、分光镜、保偏镜头、被测一维材料样品、第二偏振片、反射镜和光谱仪。光源发出的光依次经过第一偏振片、1/4波片、分光镜、保偏镜头、被测一维材料样品，再次先后经过保偏镜头和分光镜，然后经过第二偏振片和反射镜，最终被光谱仪接收。

一种测量一维材料复极化率的方法，包括如下步骤：

1)在第一保偏镜头和第二保偏镜头的焦点处，放置被测一维材料样品，被测一维材料样品的轴向为竖直方向，再旋转两块偏振片的偏振方向使两块偏振片的光轴完全垂直，两块偏振片的光轴相对于竖直方向分别为+π/4和-π/4，其中，第一保偏镜头的焦点和第二保偏镜头的焦点位于同一位置；

2)旋转1/4波片使其快轴方向与第一偏振片的光轴方向有一个夹角θ，入射光经1/4波片后变为左旋椭圆偏光，其中夹角θ的弧度为0-π/4；

3)光在经过被测一维材料样品，其中一部分激发样品散射信号，另一部分形成透射信号，散射信号与透射信号干涉之后形成干涉信号，干涉信号被所述第二保偏镜头收集，再经过第二偏振片后，被光谱仪探测；之后将样品移出焦点，使透射光被所述第二保偏镜头收集，再经过第二偏振片后，被光谱仪探测；最终处理后得到左旋信号其中，E_L为透射的左旋光振幅，E_S为样品散射光振幅；

4)旋转1/4波片使其快轴方向与第二偏振片的光轴方向有一个夹角θ，入射光经1/4波片后变为右旋椭圆偏光，其中夹角θ的弧度为与步骤2)中的夹角θ相同；