[发明专利]一种时空分辨瞬态吸收显微光谱测量装置

说明书

本发明公开了一种时空分辨瞬态吸收显微光谱测量装置，飞秒激光器输出的飞秒激光经分光片分光后，分别进入泵浦光路与探测光路；泵浦激光和探测激光分别经激光性能调节模块调制后，进入显微光谱采集模块；探测激光经空间扫描模块的调节，在显微物镜上自左至右逐点扫过泵浦激光；在探测激光空间扫描的每一个空间位点，通过时间扫描模块调节探测激光与泵浦激光的时间延迟；信号探测模块记录探测激光的微分反射信号，生成时空分辨的瞬态吸收显微光谱。本发明定量控制泵浦和探测激光脉冲聚焦在样品上的时空相对位置，实现光生载流子浓度扩散输运过程的直接观测。

技术领域

本发明属于光学无损检测技术领域，尤其涉及一种时空分辨瞬态吸收显微光谱测量装置。

背景技术

飞秒激光瞬态吸收光谱可以测量半导体材料中光生载流子的注入与激发态弛豫快速过程，其中基态弛豫过程的时间分辨测量可以用来获得光生载流子的寿命信息。由于激光焦斑的高斯空间分布，光生载流子经飞秒激光激发后，将形成与激发焦斑相对应的高斯空间分布。也就是说，光生载流子经瞬态激发后，在空间上存在浓度梯度，其带间复合的快速过程还将伴随空间上的扩散输运过程。观测光生载流子的时空扩散过程，可以获得光生载流子的扩散系数这一本征半导体参数，对半导体光电子器件的设计和构筑具有重要意义。然而，目前商业化的飞秒激光瞬态吸收光谱系统，往往只有时间分辨功能，缺乏观测光生载流子扩散输运过程的能力。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种时空分辨瞬态吸收显微光谱测量装置，通过调节探测激光在样品上的焦斑位置，实现探测激光焦斑相对于泵浦激光焦斑的空间扫描；进而测出探测激光微分反射信号，在每一个空间扫描位置上的样品瞬态吸收时间依赖信号，实现光生载流子扩散输运过程的时空分辨观测。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种时空分辨瞬态吸收显微光谱测量装置，包括飞秒激光器、飞秒激光性能调控模块、时间扫描模块、空间扫描模块、显微光谱采集模块、信号探测模块；飞秒激光器输出的飞秒激光经分光片分光后，分别进入泵浦光路与探测光路；泵浦激光和探测激光的波长分别经激光性能调节模块调制后，进入显微光谱采集模块；探测激光经空间扫描模块的调节，在显微物镜上自左至右逐点扫过泵浦激光；在探测激光空间扫描的每一个空间位点，通过时间扫描模块调节探测激光与泵浦激光的时间延迟；信号探测模块记录探测激光的微分反射信号，生成时空分辨的瞬态吸收显微光谱。

进一步地，激光性能调节模块中通过光子晶体光纤超连续谱对探测激光波长进行拓展，通过BBO晶体对泵浦激光进行倍频。

进一步地，时间扫描模块包括回射镜和线性位移台，用于探测激光脉冲与泵浦激光脉冲时间延迟的控制。

进一步地，空间扫描模块采用促动器调节位于显微物镜前的探测激光反射镜的倾角，实现探测激光焦斑在样品上的空间扫描。

进一步地，促动器通过计算机控制促动控制器调节。

进一步地，信号探测模块包括平衡光电探测器，探测激光入射到样品后的反射成分经滤波片导入平衡光电探测器的一个探头；采用分光片将入射到显微物镜之前的探测激光分光，并导入到平衡光电探测器的另一个探头上。

进一步地，信号探测模块还包括锁相放大器。

进一步地，显微光谱采集模块包括显微物镜和样品三维位移台，用于实现激光与样品位置的对准。

进一步地，显微光谱采集模块还包括成像CCD，用于实时观察探测激光焦斑的空间运动。

有益效果：本发明定量控制泵浦和探测激光脉冲聚焦在样品上的时空相对位置，实现光生载流子浓度扩散输运过程的直接观测。本发明可以解决飞秒激光瞬态吸收光谱无法同时在时间和空间上直接观测半导体材料光生载流子扩散过程的问题，有助于评估半导体材料的扩散系数等本征光电性能参数。

附图说明

图1是本发明时空分辨瞬态吸收显微光谱测量装置示意图。