[发明专利]二维半导体材料中光生载流子的差分反射探测系统

权利要求书

1.一种二维半导体材料中光生载流子的差分反射探测系统，其特征在于，该系统包括二极管激光器、钛宝石激光器、光纤连续激光器、倍频晶体(BBO)、机械斩波器、机械位移平台、显微物镜、滤波片、光电探测器和锁相放大器；

二极管激光器作为泵浦源输出连续激光，连续激光被用于激发钛宝石激光器，钛宝石激光器输出脉冲激光；

钛宝石激光器的出射激光将被分束镜分成两束，分别用于激发倍频晶体(BBO)和光纤连续激光器，由倍频晶体(BBO)和光纤连续激光器所产生的激光将分别被用作泵浦激光和探测激光；泵浦激光用于激发样品产生载流子；而探测激光的频率则被调节至和样品激子态能量所对应的频率一致；

倍频晶体(BBO)输出的激光被输入到机械斩波器，机械斩波器输出的泵浦激光通过显微物镜后到达样品；

光纤连续激光器输出的探测激光通过机械位移平台，通过线性位移改变了探测激光的光程，然后通过显微物镜后到达样品；

样品的反射信号通过显微物镜和滤波片后到达光电探测器，样品的反射信号中泵浦激光被光电探测器前的滤波片滤去，光电探测器连接锁相放大器，锁相放大器连接机械斩波器，锁相放大器根据机械斩波器的频率去分析测量得到的探测激光反射信号，并通过锁相得到泵浦激光和探测激光因为光程差而产生的相位差恒定时的探测激光反射信号R和R₀，然后计算出差分反射信号(R-R₀)/R₀，其中，探测激光的反射光在没有泵浦激光激发二维半导体材料时的反射信号为R₀，在有泵浦激光激发二维半导体材料时的反射信号为R。

2.如权利要求1所述的二维半导体材料中光生载流子的差分反射探测系统，其特征在于，二极管激光器作为泵浦源输出532纳米的连续激光，输出功率为10瓦，连续激光被用于激发钛宝石激光器，钛宝石激光器可以输出650nm到950nm范围内的脉冲激光，输出功率在2瓦左右。

3.如权利要求2所述的二维半导体材料中光生载流子的差分反射探测系统，其特征在于，钛宝石激光器通过锁模产生100fs、重复频率为80MHz的激光脉冲，两束激光脉冲之间的时间间隔为13纳秒，激光脉冲的带宽是连续可调的。

4.如权利要求1所述的二维半导体材料中光生载流子的差分反射探测系统，其特征在于，倍频晶体(BBO)将输入激光的频率翻倍，从而满足实验特定波长的需求，倍频晶体可以根据实验的需求放置于实验系统中的任意位置。

5.如权利要求1所述的二维半导体材料中光生载流子的差分反射探测系统，其特征在于，光纤连续激光器能够产生较宽的输出波长范围，其产生的激光波长会随着激发波长的变化而变化，范围在390到1050纳米之间。

6.如权利要求1所述的二维半导体材料中光生载流子的差分反射探测系统，其特征在于，机械斩波器以2KHz的频率旋转，其扇叶将不断斩断泵浦激光，使泵浦激光时断时续。

7.如权利要求1所述的二维半导体材料中光生载流子的差分反射探测系统，其特征在于，所述光电探测器为硅基光探测器，并将探测到的光信号转化为电信号，传入锁相放大器。

8.如权利要求1所述的二维半导体材料中光生载流子的差分反射探测系统，其特征在于，泵浦激光和探测激光均通过显微物镜垂直汇聚在样品表面。

9.如权利要求8所述的二维半导体材料中光生载流子的差分反射探测系统，其特征在于，该系统还包括相机，相机采集探测激光经样品反射后经过显微物镜后的反射光，以便观察样品，同时观察激光的焦点是否在样品表面。

10.如权利要求9所述的二维半导体材料中光生载流子的差分反射探测系统，其特征在于，该系统还包括光学器件1-8，其中，光学器件1-4为半透半反镜，光学器件5-8为反射镜；钛宝石激光器输出的激光经过半透半反镜1到达光纤连续激光器和倍频晶体，倍频晶体输出的激光经过反射镜6到达机械斩波器，机械斩波器输出的激光经过反射镜7和半透半反镜2到达显微物镜；光纤连续激光器输出的激光经过机械位移平台后，经反射镜5、半透半反镜4、3、2到达显微物镜；探测激光和泵浦激光经样品的反射光经过显微物镜后，经半透半反镜2、3、4到达滤波片，探测激光经样品后的反射光经过显微物镜后，经半透半反镜2、3、反射镜8到达相机。