[实用新型]一种半导体材料瞬态折射率超快检测装置

说明书

本实用新型一种半导体材料瞬态折射率超快检测装置，解决现有半导体折射率变化测量方法，无法满足对脉冲入射及脉冲响应特性检测需求的问题。该装置包括高功率脉冲激光器、第一分束镜、脉冲X射线激励单元、探针光调控单元、第二分束镜及信号读出单元；第一分束镜位于脉冲激光器的出射方向，将脉冲激光器产生激光光束分为A光束和B光束；脉冲X射线激励单元位于A光束出射方向，对脉冲激光产生X射线，探针光调控单元位于B光束的出射方向，产生探针光，探针光和X射线同时到达半导体超快探测芯表面；X射线对半导体超快探测芯片折射率进行调制，进而改变探针光的光谱强度；信号读出单元探测探针光光谱强度变化，获得芯片对X射线的响应过程。

技术领域

本实用新型涉及半导体材料瞬态折射率变化检测技术，具体涉及一种基于步进式同步光谱探针的半导体材料瞬态折射率超快检测装置。

背景技术

在惯性约束聚变(Inertial confinement fusion，ICF)实验中，靶丸的尺寸仅有数毫米且内爆过程通常仅会持续数百皮秒的时间，为了对该过程进行高时间、空间分辨的技术诊断，需要检测设备具有皮秒量级的时间分辨能力及微米量级的空间分辨能力。

基于光致折射率变化的全光固体超快成像技术是近年来新型的一种超快诊断技术，其超快成像能力可实现微米量级的空间分辨及皮秒量级的时间分辨，完全满足ICF观测的要求。2013年美国利弗莫尔实验室的K.L.Baker等已经建立了基于光致折射率变化的瞬态相位光栅型全光固体超快分幅相机，实现了时间分辨在皮秒量级的X射线响应。

作为基于光致折射率变化的全光固体超快成像技术中重要的核心部件，半导体超快响应芯片的X射线及其他高能射线的时间响应特性，直接决定了全光固体超快成像设备的时间分辨率。因此，开展半导体材料瞬态折射率变化的超快检测，特别是高能射线脉冲(皮秒及以下)激励条件下半导体材料折射率瞬态变化检测，具有十分重要的理论研究及工程实践意义。

传统半导体折射率变化测量方法，主要有静态测试法和脉冲测试法两种。前者通过测量一束稳定功率的X射线入射前后半导体材料折射率的改变量，静态标定半导体材料与X射线相互作用特性；后者通过测量一束脉冲X射线入射前后半导体材料折射率变化的脉冲响应，动态标定半导体材料与X射线相互作用的时间响应特性。

全光固体超快成像设备在实际使用中，需要测试脉冲X射线入射条件下，脉冲探针读取的响应特性，上述两种测量方法均不能满足相关检测需求，因此急需开发一种新型半导体材料折射率检测技术，用于全光固体超快成像系统的芯片标定工作。

实用新型内容

为了解决现有半导体折射率变化测量方法，无法满足全光固体超快成像设备对脉冲入射及脉冲响应特性检测需求的技术问题，本实用新型提供了一种半导体材料瞬态折射率超快检测装置。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案是：

一种半导体材料瞬态折射率超快检测装置，其特殊之处在于：包括高功率脉冲激光器、第一分束镜、脉冲X射线激励单元、探针光调控单元、第二分束镜及信号读出单元；

所述高功率脉冲激光器用于产生皮秒量级短脉冲激光，所述脉冲激光的波长大于待测半导体超快探测芯片的吸收波长；

所述第一分束镜位于高功率脉冲激光器的出射方向，将激光光束分为两束，分别为A光束和B光束，且A光束的能量大于B光束的能量；

所述脉冲X射线激励单元位于A光束的出射方向，用于对脉冲激光的固定时间延迟、光学聚焦、激励产生X射线，并将产生的X射线入射至待测半导体超快探测芯片的上表面；

所述探针光调控单元位于B光束的出射方向，用于对脉冲激光的可控时间延时、色散时间展开产生探针光，并经第二分束镜反射至待测半导体超快探测芯片的下表面，且探针光和X射线同时到达待测半导体超快探测芯片表面；