一種半透明薄膜材料瞬態(tài)吸光度測量裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一種半透明薄膜材料瞬態(tài)吸光度測量裝置與方法屬于光電測量技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]納米薄膜和半透明薄膜由于具有特殊的光學(xué)性能而在科學(xué)實驗和實際應(yīng)用中具有廣泛應(yīng)用。當(dāng)光入射到薄膜材料表面時，將會同時發(fā)生反射、透射和吸收作用，其中，吸收作用的強弱由吸光度表示，由于吸光度對于薄膜材料的屬性至關(guān)重要，因此有必要對其進行測量。
[0003]飛秒瞬態(tài)吸收(又稱飛秒泵浦-探測)技術(shù)是測量薄膜材料載流子動力學(xué)過程的一種實驗方法，由于該方法簡單易行，同時不損壞樣品，因此該項技術(shù)是研宄超快領(lǐng)域最常用的實驗手段，可用于測量材料的吸光度。
[0004]圖1為透明材料的吸光度測量裝置。飛秒激光器的出射光路分成三束，分別為泵浦光、探測光和參考光，其中:
泵浦光從分束片BSl透射，依次經(jīng)過二分之一玻片Hl透射，偏振片Pl透射，介質(zhì)膜反射鏡Ml反射，介質(zhì)膜反射鏡M2反射，BBO晶體透射后，入射到斬波器C，經(jīng)過斬波器C調(diào)制后的光束再經(jīng)過介質(zhì)膜反射鏡M3反射，二向色鏡DM反射，透鏡LI匯聚后，入射到樣品S表面；
探測光從分束片BSl反射，依次經(jīng)過分束片BS2反射，二分之一玻片H2透射，偏振片P2透射，介質(zhì)膜反射鏡M4反射，介質(zhì)膜反射鏡M5反射，二向色鏡DM透射，透鏡LI匯聚后，入射到樣品S表面，從樣品S透射的光束經(jīng)過透鏡L2準(zhǔn)直后，進入硅放大器Dl的第一路接收端;
參考光從分束片BSl反射，依次經(jīng)過分束片BS2透射，介質(zhì)膜反射鏡M6反射后，進入硅放大器Dl的第二路接收端；
硅放大器Dl的光電轉(zhuǎn)換結(jié)果依次經(jīng)過預(yù)放大器、鎖相放大器后，傳輸給計算機。
[0005]該裝置利用透明材料入射光強等于透射光強與吸收光強之和的原理，通過測量透射光強實現(xiàn)吸光度測量。
[0006]圖2為非透明材料的吸光度測量裝置。飛秒激光器的出射光路分成三束，分別為泵浦光、探測光和參考光，其中:
泵浦光從分束片BSl透射，依次經(jīng)過二分之一玻片Hl透射，偏振片Pl透射，介質(zhì)膜反射鏡Ml反射，介質(zhì)膜反射鏡M2反射，BBO晶體透射后，入射到斬波器C，經(jīng)過斬波器C調(diào)制后的光束再經(jīng)過介質(zhì)膜反射鏡M3反射，二向色鏡DM反射，透鏡LI匯聚后，入射到樣品S表面；
探測光從分束片BSl反射，依次經(jīng)過分束片BS2反射，二分之一玻片H2透射，偏振片P2透射，介質(zhì)膜反射鏡M4反射，介質(zhì)膜反射鏡M5反射，二向色鏡DM透射，透鏡LI匯聚后，入射到樣品S表面，從樣品S反射的光束再依次經(jīng)過透鏡LI準(zhǔn)直，分束片BS4反射，介質(zhì)膜反射鏡M7反射，進入硅放大器D2的第一路接收端； 參考光從分束片BSl反射，依次經(jīng)過分束片BS2透射，介質(zhì)膜反射鏡M6反射，偏振片P3透射，進入硅放大器D2的第二路接收端；
硅放大器Dl的光電轉(zhuǎn)換結(jié)果依次經(jīng)過預(yù)放大器、鎖相放大器后，傳輸給計算機。
[0007]該裝置利用非透明材料入射光強等于反射光強與吸收光強之和的原理，通過測量反射光強實現(xiàn)吸光度測量。
[0008]由于薄膜材料很難做到100%透明或100%不透明，即薄膜材料為半透明材料，而對于半透明材料，入射光強等于透射光強、反射光強與吸收光強之和。那么利用圖1所示的裝置測量薄膜材料的吸光度，會因為材料存在反射而造成測量結(jié)果不準(zhǔn)確甚至錯誤；利用圖2所示的裝置測量薄膜材料的吸光度，會因為材料存在透射而造成測量結(jié)果不準(zhǔn)確甚至錯誤。
[0009]綜上所述，為了準(zhǔn)確測量半透明材料的吸光度，需要研制一種可以同時測量入收光強和反射光強的測量裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了實現(xiàn)同時測量入收光強和反射光強的技術(shù)目的，本發(fā)明設(shè)計了一種半透明薄膜材料瞬態(tài)吸光度測量裝置與方法，本發(fā)明不僅可以兼顧透明材料與非透明材料的吸光度測量，還可以有效測量半透明材料的吸光度。
[0011]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
一種半透明薄膜材料瞬態(tài)吸光度測量裝置，包括飛秒激光器，所述飛秒激光器的出射光路分成三束，分別為泵浦光、探測光和參考光；
所述的泵浦光從分束片BSl透射，依次經(jīng)過二分之一玻片Hl透射，偏振片Pl透射，介質(zhì)膜反射鏡Ml反射，介質(zhì)膜反射鏡M2反射，BBO晶體透射后，入射到斬波器C，經(jīng)過斬波器C調(diào)制后的光束再經(jīng)過介質(zhì)膜反射鏡M3反射，二向色鏡DM反射，分束片BS4透射，透鏡LI匯聚后，入射到樣品S表面；所述的介質(zhì)膜反射鏡Ml與介質(zhì)膜反射鏡M2沿飛秒激光器出射光路所在方向運動；
探測光從分束片BSl反射，依次經(jīng)過分束片BS2反射，二分之一玻片H2透射，偏振片P2透射，介質(zhì)膜反射鏡M4反射，介質(zhì)膜反射鏡M5反射，二向色鏡DM透射，分束片BS4透射，透鏡LI匯聚后，入射到樣品S表面，從樣品S透射的光束經(jīng)過透鏡L2準(zhǔn)直后，進入硅放大器Dl的第一路接收端；從樣品S反射的光束再依次經(jīng)過透鏡LI準(zhǔn)直，分束片BS4反射，介質(zhì)膜反射鏡M7反射，進入硅放大器D2的第一路接收端；
參考光從分束片BSl反射，分束片BS2透射，入射到分束片BS3上，分束片BS3的反射光路進入硅放大器Dl的第二路接收端；分束片BS3的透射光路經(jīng)介質(zhì)膜反射鏡M6反射，偏振片P3透射，進入硅放大器D2的第二路接收端；
所述的硅放大器Dl和硅放大器D2的光電轉(zhuǎn)換結(jié)果依次經(jīng)過加法器、預(yù)放大器、鎖相放大器后，傳輸給計算機。
[0012]上述半透明薄膜材料瞬態(tài)吸光度測量裝置，在硅放大器Dl前方，還設(shè)置有濾光片
Flo
[0013]上述半透明薄膜材料瞬態(tài)吸光度測量裝置，在硅放大器D2前方，還設(shè)置有濾光片F(xiàn)2。
[0014]一種在上述半透明薄膜材料瞬態(tài)吸光度測量裝置上實現(xiàn)的半透明薄膜材料瞬態(tài)吸光度測量方法，包括以下步驟:
步驟a、調(diào)整
遮擋泵浦光，旋轉(zhuǎn)二分之一玻片H2，直到硅放大器Dl和硅放大器D2的輸出結(jié)果均為
O ；
開啟泵浦光，調(diào)整介質(zhì)膜反射鏡Ml和介質(zhì)膜反射鏡M2的空間位置，直到泵浦光與探測光的脈沖同時發(fā)生；
步驟b、測量
硅放大器Dl和硅放大器D2的輸出結(jié)果在加法器中進行相加，并依此經(jīng)過預(yù)放大器、鎖相放大器后，傳輸給計算機，計算機將得到的結(jié)果取負(fù)號，得到當(dāng)前時刻的瞬態(tài)吸光度；移動介質(zhì)膜反射鏡Ml與介質(zhì)膜反射鏡M2，最終得到瞬態(tài)吸光度隨時間變化的關(guān)系。
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