一种偏振分辨的差分反射谱测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种偏振分辨的差分反射谱测量系统，包括：一液氮杜瓦；一手动三维平移台；一消色差透镜；一激震器用于周期性震动透镜；一宽波段四分之一波长波片；一双输出格兰泰勒棱镜；一宽波段线偏振片以及一宽波长二分之一波长波片；一单色仪；一超连续白光光源；一探测器；两台锁相放大器；以及一斩波。利用本发明专利技术，通过配备低温杜瓦，可以测量样品在77K至300K之间的偏振分辨差分反射谱，从而可以进一步研究分析物质与自旋相关的能带结构和特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体自旋电子学
，特别是涉及一种偏振分辨的差分反射谱 测量系统，用于对半导体自旋电子学材料(比如稀磁半导体材料)的自旋相关光学性质的测量。
技术介绍
自从1988年巨磁电阻(Giant Magneto Resistance)效应在i^e/Cr多层结构中被 发现后，20年来，旨在利用电子的另一内禀属性自旋来扮演电子电荷在现代信息
中类似角色的新兴学科——自旋电子学，无论在实验室还是工业界都取得了令人惊异的长 足发展。在自旋电子学的研究中，偏振分辨的光学性质非常重要的研究内容对如 GaAs = Mn—类的所谓稀磁半导体，由于塞曼(Zeeman)效应的存在，能带在一定条件下会产 生分裂，而具有不同的能量和自旋取向，通过分别测量样品的左旋圆偏振光和右旋圆偏振 光反射谱，可以直接反映出是否形成了磁性半导体，以及半导体能带的这种分裂。现阶段，实验室里比较常见的测量反射谱的装置多是利用电调制和光调制来测量 反射谱，但是灵敏度依然有待提高，实验的复杂程度有待降低。而对于偏振分辨的反射谱， 通常使用光弹调制器来得到一个周期变化的圆偏振光，这就无法分别得到不同偏振的反射 谱，所以，一种灵敏的，简便的可以实现偏振分辨的反射谱测量系统就显得非常必要。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种灵敏度较高，且易于实现的偏振分辨 的差分反射谱测量系统。( 二 )技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了一种偏振分辨的差分反射谱测量系统，该系统包 括一液氮杜瓦，用于放置样品和使样品达到液氮温度；一手动三维平移台，包括一手动旋转台以及一俯仰台，用于放置液氮杜瓦以及调 节液氮杜瓦的空间位置；一消色差透镜，用于聚焦入射光到样品，并收集样品的反射光；一激振器，包括周期性振动透镜，通过改变透镜位置得到位置周期性变化的入射 光，并为锁相放大器提供参考信号，使发射光产生周期性变化；一宽波段的四分之一波长波片，用于使得通过的线偏振光变为圆偏振光，并将从 样品上反射回的圆偏振光变为线偏振光；一双窗口的格兰泰勒棱镜，用于将入射光分解为ο光和e光两束偏振方向垂直的 线偏振光，并使得经过样品反射以及宽波段的四分之一波长波片的而成为线偏振光的反射光进入探测器；一探测器，用于接收和探测反射光；两锁相放大器，用于读出反射光的光强强度以及随激振器振动周期变化的大小；一超连续白光光源，用于得到准连续的光谱；一单色仪，用于得到需要波长的单色光，并对波长进行扫描；一斩波，用于得到周期性的入射光信号，并为锁相放大器提供参考信号，从而得到 入射光相对光强。上述方案中，该系统利用所述双窗口格兰泰勒棱镜和所述宽波段的四分之一波长 波片，实现入射光的起偏和反射光的检偏；利用所述激振器连接一个透镜，通过振动透镜， 得到空间位置周期变化的入射光，实现入射光的空间调制。上述方案中，该系统以所述激振器频率作为参考信号，利用所述锁相放大器测得 由于光在样品不同位置上的反射强度变化，得到差分信号。上述方案中，该系统利用所述双窗口格兰泰勒棱镜以及所述宽波段的四分之一波 长波片得到入射左旋(右旋)圆偏振光，利用所述激振器连接一个透镜，通过振动透镜，得 到周期移动的入射光，从而照射到样品不同位置得到反射光信号；并且经过样品反射回来 成为右旋(左旋)圆偏振光，经过同一个四分之一波长波片变成与原先入射光偏振垂直的 线偏振光，然后从格兰泰勒的另一个窗口出射进入探测器，从而得到左旋或右旋入射光的 反射信号。上述方案中，该系统利用所述激振器带动透镜得到周期性运动的透镜，实现入射 光在样品上周期性的移动；利用所述斩波进行调制，得到一个周期性的入射光，以斩波频率 为参考，得到入射光强度，以激振器频率为参考得到差分信号。上述方案中，该系统利用所述激振器带动一个消色差透镜震动，使聚焦后的周期 运动入射光照射到样品上，并且使得反射光再次通过该透镜，样品位于透镜焦点上。上述方案中，该系统利用激光激发非线性光纤得到的超连续白光光源，通过与单 色仪的组合，得到可连续扫描的单色光。上述方案中，所述探测器为Si探测器或MGaAs探测器，用来接收和探测不同波段 的反射光，给出光强的信号，传输给锁相放大器。上述方案中，所述超连续白光光源，通过一个980泵浦光激发一个非线性光纤，得 到功率最大#，波长范围覆盖450nm至1500nm的超连续自光。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果1、利用本专利技术，通过配备低温杜瓦，可以测量样品在77K-300K(如果利用液氦杜 瓦，可实现4. 2K-300K)之间的偏振分辨差分反射谱，从而可以进一步研究分析物质与自旋 相关的能带结构和特性。2、本专利技术提供了低温的样品环境，并且可以通过外增加磁铁提供外磁场对其进行 升级，可以测量到反映样品能带结构的差分反射谱，并且可以分别测量左右旋圆偏光的差 分反射谱，从而得到样品自旋相关的能带结构。附图说明为进一步说明本专利技术的内容及特点，以下结合附图及实施例对本专利技术作进一步的 详细描述，其中图1是本专利技术提供的偏振分辨的差分反射谱测量系统的结构示意图；图2是利用本专利技术提供的偏振分辨的差分反射谱测量系统在室温下测量的一块 砷化镓样品的差分反射谱。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本专利技术进一步详细说明。请参阅图1所示，图1是本专利技术提供的偏振分辨的差分反射谱测量系统的结构 示意图，该系统包括一液氮杜瓦，用于放置样品和使样品达到液氮温度；一手动三维平移 台，包括一手动旋转台以及一俯仰台，用于放置液氮杜瓦以及调节液氮杜瓦的空间位置；一 消色差透镜，用于聚焦入射光到样品，并收集样品的反射光；一激振器，包括周期性振动透 镜，通过改变透镜位置得到位置周期性变化的入射光，并为锁相放大器提供参考信号，使发 射光产生周期性变化；一宽波段的四分之一波长波片，用于使得通过的线偏振光变为圆偏 振光，并将从样品上反射回的圆偏振光变为线偏振光；一双窗口的格兰泰勒棱镜，用于将入 射光分解为ο光和e光两束偏振方向垂直的线偏振光，并使得经过样品反射以及宽波段的 四分之一波长波片的而成为线偏振光的反射光进入探测器；一探测器，用于接收和探测反 射光；两锁相放大器，用于读出反射光的光强强度以及随激振器振动周期变化的大小；一 超连续白光光源，用于得到准连续的光谱；一单色仪，用于得到需要波长的单色光，并对波 长进行扫描；一斩波，用于得到周期性的入射光信号，并为锁相放大器提供参考信号，从而 得到入射光相对光强。其中，超连续白光光源(LQ可以覆盖频率很宽而且强度很大发散角较小的连续 光。白光从单色仪(SP)入射狭缝进入，经过光栅分光，在出射狭缝可以得到需要波长的单 色光，通过电脑控制连续转动单色仪光栅，就可以对波长进行连续扫描。对于斩波(CP)，由 于叶片地转动，周期性地使得入射光通过与不通过，从而得到周期性的入射光信号。斩波为 锁相放大器(LAl)提供参考信号，从而读出入射光的光强。对于液氮杜瓦(LND)，放置样品 S，并使样品S达到液氮温度。其中LND下安装有一手动三维平移台，一手动旋转台以及一 俯仰台用于调节液氮杜瓦的位置。样品S可以选择放置方式使其生长方向垂直或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种偏振分辨的差分反射谱测量系统，其特征在于，该系统包括：一液氮杜瓦，用于放置样品和使样品达到液氮温度；一手动三维平移台，包括一手动旋转台以及一俯仰台，用于放置液氮杜瓦以及调节液氮杜瓦的空间位置；一消色差透镜，用于聚焦入射光到样品，并收集样品的反射光；一激振器，包括周期性振动透镜，通过改变透镜位置得到位置周期性变化的入射光，并为锁相放大器提供参考信号，使发射光产生周期性变化；一宽波段的四分之一波长波片，用于使得通过的线偏振光变为圆偏振光，并将从样品上反射回的圆偏振光变为线偏振光；一双窗口的格兰泰勒棱镜，用于将入射光分解为ｏ光和ｅ光两束偏振方向垂直的线偏振光，并使得经过样品反射以及宽波段的四分之一波长波片的而成为线偏振光的反射光进入探测器；一探测器，用于接收和探测反射光；两锁相放大器，用于读出反射光的光强强度以及随激振器振动周期变化的大小；一超连续白光光源，用于得到准连续的光谱；一单色仪，用于得到需要波长的单色光，并对波长进行扫描；一斩波，用于得到周期性的入射光信号，并为锁相放大器提供参考信号，从而得到入射光相对光强。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：申超，朱汇，吴昊，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11