一种基于步进扫描的红外调制光致发光谱的方法及装置，该装置包括傅立叶变换红外光谱测量系统、作为激发光源的激光器、以及联结傅立叶变换红外光谱仪中探测器与电路控制板的锁相放大器、置于样品与激光器之间光路上的斩波器，从而使连续激发光变为调制激发光，并馈入锁相放大器的输入参考端来控制锁相。该方法使用上述装置进行红外调制光致发光谱测量，包括消除室温背景辐射；消除傅立叶频率和增强中、远红外波段光致发光微弱信号的探测能力三个功能。经过对低ｘ组分Ｈｇ↓［１－ｘ］Ｃｄ↓［ｘ］Ｔｅ材料光致发光谱的测试，表明：本发明专利技术显著提高探测灵敏度和光谱信噪比，并具有快速、便捷的优点，特别适用于中、远红外光电材料微弱光致发光特性的检测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种中、远红外光电材料弱光致发光特性测试方法及装置，具体地说，主要是基于傅立叶变换红外(FTIR)光谱仪的步进扫描功能进行调制光致发光谱的测量方法及装置。
技术介绍
光致发光(PL)光谱作为半导体材料无损检测的经典而又非常有效的手段，广泛应用于III-V族等宽禁带半导体光学性质研究，极大地增进了对相关材料光电特性的认识。得益于傅立叶变换(FT)红外光谱仪的多通道和高光通量的优点，FT-PL在传统的单色分光测量几乎无法实施的领域取得成功应用。但是在中、长波红外区域(＞3μm)，由于室温背景黑体辐射通常远远强于半导体材料的PL信号，成功的研究实例却有限。为了解决这一难题，业内人士开展了大量工作，先后提出了基于快速扫描FTIR光谱仪的相位敏感检测和相位敏感激发两种调制PL光谱方法。遗憾的是，由于FTIR快速扫描方式本身无法将傅立叶变换频率与激发光调制频率截然分开，导致两种方法都存在根本性的局限。另外，在谱分辨率不高(比如12cm-1)的情况下实验过程就已经相当漫长(通常要几个小时才能采集到一个信噪比尚能接受的PL光谱)。严重限制了它们的可靠性与适用范围。
技术实现思路
综上所述，如何克服已有基于快速扫描FTIR光谱仪的相敏探测和相敏激发两种调制PL光谱方法的应用局限，以及在谱分辨率低于12cm-1以下需花几小时才能采集到一个信噪比尚可接受的PL光谱的缺陷，乃是本专利技术所要解决的关键技术问题，因此，本专利技术的目的在于提供一种基于步进扫描的红外傅立叶变换调制PL光谱方法及其装置，使之能显著提高灵敏度、有效抑制背景干扰、快捷易操作，能为中、远红外PL光谱的研究提供了一种有效途径。本专利技术的技术构思的核心是使用具有连续和步进扫描功能的FTIR光谱仪，还包括泵浦激光、斩波器和双通道锁相放大器等组件。对于步进扫描的PL光谱测量，激光器提供的泵浦激光经过斩波器调制成正弦波，照射到样品上。斩波器的调制频率同时作为参考频率进入锁相放大器。由样品发出的PL信号经由探测器转换为电信号，馈入锁相放大器，然后由锁相放大器输出到FTIR光谱仪中的电路控制板，最后通过傅立叶变换得到PL光谱。通过选择KBr分束器和液氮制冷的MCT探测器，可以实现对1.3～26μm波段范围PL光谱的有效测量。综上所述，本专利技术的技术方案如下根据本专利技术的一种基于步进扫描的红外调制光致发光谱装置，包括一激光器，其产生连续泵浦激光；一傅立叶变换红外光谱测量系统，其具有傅立叶变换红外光谱仪和与之相配合的傅立叶变换红外光谱处理计算机，该光谱仪具有样品架，其上置放测试样品，与样品的发光信号构成光路的光干涉部件，该部件中的动镜置于步进扫描状态，该光干涉部件联结的探测器以及该计算机连接电路控制板；一光调制装置，其包括成电路联结的锁相放大器和斩波器，该斩波器将该激光器发出的连续泵浦激光斩波形成调制激光，其入射至样品架上的样品而产生红外调制光致发光信号，另外该调制激光还作为锁相放大器的参照信号馈入其参考信号输入端；该锁相放大器的信号输入端连接该探测器的输出端；而其输出端则与该电路控制板的输入端相连接。所述的锁相放大器为Standford SR830 DSP型锁相放大器；所述的斩波器为Standford SR540型机械斩波器；所述的激光器为Coherent 360型氩离子激光器；所述的傅立叶变换红外谱仪为Bruker IFS660v/S型FTIR光谱仪；以及所述的样品为所有窄禁带中、远红外材料，例如HgCdTe材料；特别是x低组分Hg1-xCdxTe光致发光材料。根据同一专利技术构思，本专利技术的一种基于步进扫描傅立叶变换红外光谱仪的红外调制光致发光谱方法，其步骤包括S1、通过对入射到测试样品的激发光进行幅度调制，并结合在FTIR光谱仪的探测器和电路控制板之间接入锁相放大器，进行相敏检测，消除室温背景辐射对中、远红外波段光致发光谱的干扰；S2、利用FTIR光谱仪的步进扫描功能，消除傅立叶频率，放松对外调制频率选取的苛刻限制，使中、远红外波段调制傅立叶变换红外光致发光谱方法真正可行；S3、结合锁相放大器的相敏检测与FTIR连续傅立叶变换红外光致发光谱的数据处理方法，显著增强中、远红外波段光致发光微弱信号的探测能力，有效缩短光谱采集所需时间。进一步，在步骤S1之前还有预调节步骤S0，其系将该红外光谱仪置于连续扫描状态，监控泵浦激光激发样品得到的光致发光信号，通过调整、优化与位于样品架上的相关光路，使该光谱仪监测到的信号达到极大。另外，所述的测试样品为所有窄禁带中、远红外材料，例如HgCdTe材料；特别是适用于中、远红外光电材料微弱光致发光特性检测的x低组分Hg1-xCdxTe。与现有基于连续扫描FTIR光谱仪的调制方法相比，本专利技术的最大优点是1、探测灵敏度高、背景辐射抑制性能强，非常有利于中、远红外波段光电材料PL特性测量；2、得益于傅立叶变换频率与激光调制频率的截然分开，锁相放大器采样时间常数的选取上限不再受限，因此既简便易行，又能够保证尽可能高的谱信噪比，尤其有利于对弱发光材料PL过程的检测；3、实验时间显著缩短，获得相似信噪比光谱的时间仅约为常规方法的1/5。附图说明图1给出了步进扫描调制光致发光(PL)光谱测量(SS)和连续扫描的PL光谱测量(RS)的实验装置的示意图。图2示出了室温下分子束外延生长Hg1-xCdxTe(x＝0.52)薄膜的PL光谱，其中(a)为连续扫描的PL光谱测量结果(100mW激发光激发)；(c)为步进扫描的调制PL光谱测量结果(30mW激发光激发)。根据经验的禁带计算公式，0.6eV左右的发光峰是材料中禁带的带间跃迁。(b)中给出了(a)中点虚线中光谱放大100倍以后的结果。图3分别给出了室温和77K温度条件下，分子束外延生长的Hg1-xCdxTe(x＝0.30)薄膜的PL光谱；其中(a)为77K温度条件下，连续扫描的PL光谱测量结果(100mW激发光激发)；(c)为步进扫描调制PL光谱测量结果(30mW激发光激发)；(b)为中给出了(a)中点虚线中光谱放大7倍以后的结果；(d)为室温下，步进扫描调制PL光谱测量结果(30mW激发光激发)。具体实施例方式下面根据图1-图3给出本专利技术的较好实施例，并予以详细描述，使能更好地说明本专利技术的技术特征和功能特点，而不是用来限定本专利技术的范围。参阅图1，实际上，在图1中拨动双刀双掷同轴连动开关K1，K2，即将给出两种不同的工作方式，一种是使用现有的傅立叶变换红外光谱系统1，即只利用原有的傅立叶变换红外光谱仪10和与之相配合的傅立叶变换红外光谱处理计算机20，对样品4进行连续扫描的PL光谱测量，由激光器3发出的泵浦激光直接对样品4激发，使之产生PL光谱，经由该光谱仪10中的光干涉部件102产生干涉图后，动镜1026以连续移动(扫描)方式，使样品4的光致发光信号经由光干涉部件102送入探测器103，经过光电转换后，将电信号馈入电路控制板104采样后由该计算机20进行处理。从图1可见，其另外一种工作方式，则构成实施本专利技术所涉及的步进扫描的红外调制光致发光谱测量装置，其区别是该光谱仪10工作于步进扫描方式，在该光谱仪10和计算机20之间接入光调制装置2中的锁相放大器21，以及在激光器3发出的激光束入射于样品4的通本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于步进扫描的红外调制光致发光谱测量装置，包括：－激光器（３），其产生连续的泵浦激光；－傅立叶变换红外光谱测量系统（１），其具有傅立叶变换红外光谱仪（１０）和与之相配合的傅立叶变换红外光谱处理计算机（２０），该光谱仪（１ ０）具有样品架（１０１），其上置放测试样品（４），样品（４）受泵浦激光激发后产生的信号进入光谱仪（１０）的光干涉部件（１０２），该部件（１０２）中的动镜（１０２６）置于步进扫描状态；该光干涉部件（１０２）、联结探测器（１０３）、以及该计算机（２０）连接电路控制板（１０４）；－光调制装置（２），其包括形成电路联结的锁相放大器（２１）和斩波器（２２），该斩波器（２２）将激光器（３）连续发出的激发光束斩波形成调制激光，其入射至样品架（１０１）上的样品（４）而产生红外调制光致 发光，另外该调制激光光束的调制频率信号还作为锁相放大器（２１）的参考信号馈入其参考信号输入端；该锁相放大器（２１）的信号输入端连接该探测器（１０３）的输出端；而其输出端则与该电路控制板（１０４）的输入端相连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：邵军，陆卫，吕翔，越方禹，郭少令，李志锋，褚君浩，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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