專利名稱：一種時(shí)間分辨橢圓偏振光譜測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)電子器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種時(shí)間分辨橢圓偏振光譜測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光與物質(zhì)的相互作用涉及諸多瞬態(tài)過程，如固體中的電子躍遷，生物和化學(xué)材料等的熒光發(fā)射、內(nèi)轉(zhuǎn)化過程等。通過測量光通過材料后反射率、透射率或偏振狀態(tài)隨時(shí)間的演化，來研究物質(zhì)內(nèi)部的動(dòng)力學(xué)過程，可以得到物質(zhì)中分子或電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如電子能級(jí)、 電子態(tài)配對(duì)情況等重要信息。光與物質(zhì)相互作用時(shí)，光場引起分子或電子的極化，導(dǎo)致分子或電子的分布以及其分布函數(shù)隨時(shí)間的演化，使得物質(zhì)的介電常數(shù)f (ω, t) 二 ^ (ω) — Δ ε (ω, t)成為時(shí)間的函數(shù)，其中ε C1 (ω)是沒有泵浦光照射時(shí)物質(zhì)的介電常數(shù)， Δ ε (ω, )為泵浦光照射導(dǎo)致的物質(zhì)介電常數(shù)的變化，而f (ω, )與物質(zhì)的各種光學(xué)常數(shù)，如折射率、吸收率、透過率和反射率等有關(guān)。橢圓偏振光譜儀是一種獲取各種材料光學(xué)常數(shù)和薄膜厚度的有效和可靠的光譜測量儀器，能靈敏地測得各種材料的光學(xué)性質(zhì)和光學(xué)常數(shù)，進(jìn)而能對(duì)材料在不同光譜段所具有的特性進(jìn)行分析，使其物理本質(zhì)得以理解，從而使材料獲得重要應(yīng)用。目前已發(fā)展了多種橢圓偏振光譜測量模式，如消光型模式和光度型模式等。但目前的橢圓偏振技術(shù)局限于測量穩(wěn)態(tài)情況下材料的光學(xué)常數(shù)，而不能測量瞬態(tài)光學(xué)常數(shù)。為此，本發(fā)明將飛秒激光技術(shù)、多通道光學(xué)檢測技術(shù)與偏振態(tài)并行測量模式橢圓偏振測量技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)時(shí)間分辨的橢圓偏振光譜測量，以獲取材料的瞬態(tài)光學(xué)常數(shù)。該項(xiàng)發(fā)明將有助于加深對(duì)物質(zhì)的激發(fā)、弛豫過程的了解，為研究原子、分子和凝聚態(tài)物質(zhì)的激發(fā)動(dòng)力學(xué)、發(fā)光動(dòng)力學(xué)等提供有效的手段。時(shí)間分辨橢圓偏振光譜技術(shù)可應(yīng)用到物理、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)等眾多領(lǐng)域，具有重要的基礎(chǔ)研究意義和廣泛的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種能實(shí)現(xiàn)時(shí)間分辨的橢圓偏振光譜測量系統(tǒng)，以便能獲取材料的瞬態(tài)光學(xué)常數(shù)。本發(fā)明提出的能實(shí)現(xiàn)時(shí)間分辨的橢圓偏振光譜測量系統(tǒng)，包括依次連接的如下部件激光器，分束鏡，第一反射鏡，延遲器，第二反射鏡，第三反射鏡，第一擴(kuò)束鏡，樣品，第二擴(kuò)束鏡，起偏器，多通道檢偏器，CXD探測器，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，步進(jìn)馬達(dá)等。其中，激光器采用可調(diào)諧飛秒超快激光作為光源；所述光源出射的脈沖光經(jīng)過分束鏡，分成兩束，一束為泵浦光，一束為探測光。泵浦光強(qiáng)度一般取為探測光強(qiáng)度的數(shù)倍，例如為4一20倍。泵浦光經(jīng)過第一反射鏡反射后依次通過延時(shí)器、第二反射鏡、第三反射鏡以及第一擴(kuò)束鏡后，垂直入射到樣品上。所述探測光依次經(jīng)過第二擴(kuò)束鏡、起偏器后以一定角度入射到樣品上。探測光經(jīng)過樣品反射后，反射光經(jīng)過多通道檢偏器后被CCD探測器探測。測量系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制。探測光與泵浦光之間的同步和延遲由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過一個(gè)步進(jìn)馬達(dá)控制。樣品被裝在具有真空負(fù)壓吸附作用的樣品架上，實(shí)現(xiàn)無損光譜檢測。本發(fā)明采用折疊光路進(jìn)行光線準(zhǔn)直。本發(fā)明讓激光在兩反射鏡面間多次往返的方法，在有限的空間中延長了數(shù)倍光路，以提高樣品的準(zhǔn)直精度。光經(jīng)過樣品反射后通過一個(gè)多通道檢偏器。所述的多通道檢偏器由 個(gè)微型檢偏器構(gòu)成，設(shè)這 個(gè)微型檢偏器的方位角為θ ρ θ 2、……^，并且方位角0廣。在纊^!之間均勻分布。 —般為5—15的整數(shù)。通過多通道檢偏器的反射光被 CCD面陣列探測器的不同區(qū)域探測。由探測器接收的電信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后被輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算機(jī)分析和處理后，計(jì)算出相應(yīng)的光學(xué)常數(shù)。在實(shí)際測量中，起偏器被固定在某最佳方位角。如令P= 45°，通過對(duì)檢偏角A作快速傅里葉變換后，從檢偏器出射的光強(qiáng)隨檢偏器方位角變化關(guān)系為
權(quán)利要求
1.一種時(shí)間分辨橢圓偏振光譜測量系統(tǒng)，其特征在于包括依次連接的如下部件激光器，分束鏡，第一反射鏡，延遲器，第二反射鏡，第三反射鏡，第一擴(kuò)束鏡，樣品，第二擴(kuò)束鏡， 起偏器，多通道檢偏器，C⑶探測器，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，步進(jìn)馬達(dá)；其中，激光器采用可調(diào)諧飛秒超快激光作為光源；所述光源出射的脈沖光經(jīng)過分束鏡，分成兩束，一束為泵浦光，一束為探測光；泵浦光強(qiáng)度取為探測光強(qiáng)度的4一20倍，泵浦光經(jīng)過第一反射鏡反射后依次通過延時(shí)器、第二反射鏡、第三反射鏡以及第一擴(kuò)束鏡，垂直入射到樣品上；所述探測光依次經(jīng)過第二擴(kuò)束鏡、起偏器后以一定角度入射到樣品上；探測光經(jīng)過樣品反射后，反射光經(jīng)過多通道檢偏器，被CCD探測器探測；測量系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制；探測光與泵浦光之間的同步和延遲由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過一個(gè)步進(jìn)馬達(dá)控制；樣品被裝在具有真空負(fù)壓吸附作用的樣品架上，實(shí)現(xiàn)無損光譜檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)間分辨橢圓偏振光譜測量系統(tǒng)，其特征在于所述的多通道檢偏器由 個(gè)微型檢偏器構(gòu)成，設(shè)這 個(gè)微型檢偏器的方位角為θ λ、θ 2、……^，并且方位角0廣^在纊^!之間均勻分布; 為5—15的整數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的時(shí)間分辨橢圓偏振光譜測量系統(tǒng)，其特征在于所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)按下述算式計(jì)算得有關(guān)光學(xué)常數(shù)通過對(duì)檢偏角A作快速傅里葉變換，從檢偏器出射的光強(qiáng)隨檢偏器方位角變化關(guān)系為
全文摘要
本發(fā)明屬于光學(xué)電子器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種時(shí)間分辨橢圓偏振光譜測量系統(tǒng)。該測量系統(tǒng)包括激光器，分束鏡，反射鏡，延遲器，擴(kuò)束鏡，樣品，起偏器，多通道檢偏器，CCD探測器，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，步進(jìn)馬達(dá)等部件。其中激光器采用可調(diào)諧飛秒超快激光光源。光源出射的脈沖光經(jīng)過分束鏡分成泵浦光和探測光。泵浦光通過延時(shí)器、兩個(gè)反射鏡以及擴(kuò)束鏡后垂直入射到樣品上；探測光經(jīng)過擴(kuò)束鏡、起偏器后入射到樣品上。光經(jīng)過樣品反射后通過多通道檢偏器，并被CCD面陣列探測器探測。計(jì)算機(jī)根據(jù)探測器接收的電信號(hào)計(jì)算出相應(yīng)的時(shí)間分辨光學(xué)常數(shù)譜。本發(fā)明在物理、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)等眾多領(lǐng)域,具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G01N21/21GK102183466SQ20111004204
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月22日
發(fā)明者張榮君, 李晶, 楊月梅, 王松有, 趙海斌, 鄭玉祥, 陳良堯 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)