[发明专利]在超快时间尺度上时间分辨二次谐波测量系统及测量方法

说明书

本发明涉及光学科研仪器技术领域，提供一种在超快时间尺度上时间分辨二次谐波测量系统及测量方法，所述测量系统包括：飞秒激光光源模块、探测光延迟模块、样品仓模块、激发光斩波模块、检测模块和系统控制模块；所述飞秒激光光源模块，包括：飞秒激光器、分光平片以及光参量放大器；所述飞秒激光器射出的激光经过分光平片后，一部分光作为探测光射向第一反射镜，另一部分光分给光参量放大器，光参量放大器产生连续可调的激光，作为激发光射向激发光斩波模块；探测光在探测光延迟模块内部经过多次反射后射出。本发明能够对有机薄膜和器件在超快时间尺度上进行时间分辨二次谐波测量。

技术领域

本发明涉及光学科研仪器技术领域，尤其涉及一种在超快时间尺度上时间分辨二次谐波测量系统及测量方法。

背景技术

有机材料的电荷载流子迁移率是光电子学中的重要特性之一。近年来的科学研究证实，通常被假定为时间常数的传统迁移率可能不足以完全描述有机器件上的电荷传输。于是，科研工作者从基础的角度出发，将目标转移到研究理解超快时间上的电荷传输是否受到与宏观传输相同的过程的限制，即受到能量、几何无序和捕获的限制。

电场诱导二次谐波产生的技术，通过对样品(有机薄膜或器件，如铟镓砷等，以下统称为样品)所处的电场进行改变，会诱导出不同性质的二次谐波的产生，然后对这种二次谐波进行分析可以获得相应的电荷载流子迁移率。

传统的二次谐波产生研究的装置，其产生的二次谐波的方式是利用一束激光照射到样品上，然后产生了一束倍频光(比如波长为1030nm的激光照射到样品上，产生出一束515nm的光)，此即为二次谐波。然而这种二次谐波并非利用泵浦探测技术测量，是一种稳态的、单一时刻的二次谐波，未对激光进行时间上的调控，因此没有时间分辨的特性；同时，其没有对样品施加电场，进而无法研究样品的电荷载流子迁移率。

发明内容

本发明主要解决传统二次谐波产生装置，未对激光进行时间调控、未对样品所处电场进行改变，而产生的无法测量时间分辨二次谐波、进而无法研究样品的电荷载流子迁移率的技术问题，提出一种在超快时间尺度上时间分辨二次谐波测量系统及测量方法，利用光学延迟线对激光进行时间上的调控，用脉冲电源对样品施加脉冲电压，能够对有机薄膜和器件在超快时间尺度上进行时间分辨二次谐波测量。

本发明提供了一种在超快时间尺度上的时间分辨二次谐波测量系统，包括：飞秒激光光源模块、探测光延迟模块、样品仓模块、激发光斩波模块、检测模块和系统控制模块；

所述飞秒激光光源模块，包括：飞秒激光器、分光平片以及光参量放大器；

所述飞秒激光器射出的激光经过分光平片后，一部分光作为探测光射向第一反射镜，另一部分光分给光参量放大器，光参量放大器产生连续可调的激光，作为激发光射向激发光斩波模块；

所述第一反射镜将探测光射入探测光延迟模块中，探测光在探测光延迟模块内部经过多次反射后射出；所述探测光延迟模块用于改变探测光光程，从而改变探测光与激发光到达样品的时间差；

所述样品仓模块，包括：第一平凸透镜、样品、第二平凸透镜和脉冲电源；

探测光从探测光延迟模块射出后，经过第二反射镜反射，通过第一衰减器进入样品仓模块中；探测光通过第一平凸透镜聚焦到样品上，之后再通过第二平凸透镜变为平行光；所述样品连接脉冲电源，通过脉冲电源为样品施加脉冲电压；

所述激发光斩波模块，包括：光学斩波器、第二衰减器和第三平凸透镜；

所述光学斩波器控制激发光的通过与否，在样品上呈现出有激发光和无激发光两种形式；所述光参量放大器射出的激发光经过光学斩波器斩波、第二衰减器调节激发光强度，再经过第三平凸透镜聚焦后射出，聚焦的过程中经过第三反射镜反射，最后聚焦到样品上，激发光聚焦的位置和探测光聚焦的位置一致；

所述检测模块，包括：PMT光电倍增管、高压电源和锁相放大器；