專(zhuān)利名稱(chēng)：近場(chǎng)太赫茲THz時(shí)域光譜表征方法及其測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體或金屬材料的近場(chǎng)太赫茲THz時(shí)域光譜表征方法及其測(cè)試裝置。
背景技術(shù)：
通常情況下，大部分的太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)THz-TDS系統(tǒng)都采用的是在遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量太赫茲THz透射或反射信號(hào)，這主要是由于測(cè)試樣品本身的形貌(塊材料、聚合物材料等) 和現(xiàn)有的太赫茲THz探測(cè)光路限制了近場(chǎng)方式。遠(yuǎn)場(chǎng)條件下，由于存在衍射現(xiàn)象，太赫茲時(shí)域光譜THz-TDS及THz成像系統(tǒng)的空間分辨率被大大限制。在納電子器件研究中，人們亟需了解準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體或金屬材料的激子生成分離、自由電荷輸運(yùn)、俘獲等過(guò)程，進(jìn)而了解材料的形貌、缺陷、摻雜、退火等是否有利于改善其光電應(yīng)用屬性。在過(guò)去的幾年，人們嘗試?yán)霉馊?Aperture)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)近場(chǎng)方式下的太赫茲 THz信號(hào)測(cè)量，但是隨著光圈直徑縮小，太赫茲THz光信號(hào)能量也急劇降低，很可能被本底噪聲所淹沒(méi)，不利于提高系統(tǒng)的信噪比。最近幾年，不少研究者參考掃描型近場(chǎng)光學(xué)顯微技術(shù)(banning Near-field Optical Microscopy, SNOM)發(fā)展出太赫茲近場(chǎng)掃描顯微 THz-SNOM方法，將分辨率提高到太赫茲THz光波長(zhǎng)的一半甚至十分之一，效果明顯，但是這種方法信噪比低，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜度大，且成本非常昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是為了提供一種針對(duì)準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體或金屬材料的近場(chǎng)太赫茲THz時(shí)域光譜表征方法和相關(guān)的測(cè)試裝置。技術(shù)方案無(wú)接觸、低能量的太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)THz-TDS方法應(yīng)用于半導(dǎo)體材料研究最近幾年發(fā)展很快，根據(jù)與材料作用后THz信號(hào)的幅度和相位變化，可以獲得材料復(fù)介電系數(shù)、光電導(dǎo)率、載流子遷移率和弛豫時(shí)間常數(shù)等信息。本發(fā)明致力于實(shí)現(xiàn)一種互補(bǔ)的THz近場(chǎng)透射/發(fā)射時(shí)域光譜表征技術(shù)1、通過(guò)測(cè)量THz光與樣品作用后的幅度和相位變化，獲得樣品的折射率η和消光系數(shù)k信息；2、將納米尺度的準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體或金屬材料放置在泵浦光路上，利用飛秒激光脈沖(800nm，70fS 120fs，75MHz)照射并使其成為太赫茲THz發(fā)射源，通過(guò)測(cè)量樣品自身發(fā)射的THz光信號(hào)幅度。一種近場(chǎng)太赫茲THz時(shí)域光譜測(cè)試裝置，包括飛秒激光光源、半波起偏器、光學(xué)分束器、光學(xué)斬波器、固體太赫茲發(fā)射源、光學(xué)延遲器、波片、電光晶體、Wollaston偏振光分束器、光電探測(cè)器和鎖相放大器；飛秒激光光源輸出光脈沖，經(jīng)半波起偏器后，由光學(xué)分束器分為泵浦光和檢測(cè)光； 本裝置的光路包括泵浦光路和檢測(cè)光路；檢測(cè)光經(jīng)光學(xué)延遲線(xiàn)和檢測(cè)光路與泵浦光路在電光晶體處重合；泵浦光對(duì)應(yīng)泵浦光路，在泵浦光路上，沿光的照射方向依次設(shè)有固定的光學(xué)斬波器、可拆除的固體太赫茲發(fā)射源和測(cè)試樣品放置位置；所述光學(xué)斬波器輸出用于鎖相放大器的同步頻率信號(hào)；檢測(cè)光對(duì)應(yīng)檢測(cè)光路；在檢測(cè)光路上，設(shè)有光學(xué)延遲器、Wollaston偏振光分束器、波片和沃拉斯頓棱鏡；與測(cè)試樣品放置位置對(duì)應(yīng)處設(shè)置電光晶體和透鏡，電光晶體采集的來(lái)自測(cè)試樣品光信號(hào)經(jīng)透鏡后，再經(jīng)Wollaston偏振光分束器送到波片和沃拉斯頓棱鏡，分為P光和S 光，這兩個(gè)光速送入光電探測(cè)器，光電探測(cè)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后輸出的電信號(hào)由鎖相放大器進(jìn)行放大；鎖相放大器的同步頻率信號(hào)來(lái)自泵浦光路或來(lái)自檢測(cè)光路中的光學(xué)斬波器。所述電光晶體作為太赫茲THz探測(cè)器，是碲化鋅SiTe電光晶體；電光晶體與被測(cè)樣品表面的最大距離小于1. Ocm ；碲化鋅S1Te電光晶體面向測(cè)試樣品的一側(cè)的表面依順序制備二氧化硅S^2膜和鍺Ge膜，采用電子束蒸發(fā)的方式制備。所述二氧化硅SiO2膜的厚度為133nm士 10% ；鍺Ge膜厚度為300nm士 10%。所述固體太赫茲發(fā)射源是無(wú)源的非線(xiàn)性光學(xué)整流晶體或有源的光電導(dǎo)天線(xiàn)；所述波片為λ/2或λ/4波片；所述光電探測(cè)器是差分光電探測(cè)器。一種使用上述裝置的近場(chǎng)太赫茲時(shí)域光譜測(cè)試方法，其特征是包括兩種測(cè)試模式太赫茲THz透/反射譜法和發(fā)射譜方法第一測(cè)試模式透/反射譜法為使用太赫茲THz光信號(hào)輻射納米結(jié)構(gòu)的樣品，通過(guò)測(cè)量經(jīng)過(guò)測(cè)試樣品的太赫茲THz透/反射信號(hào)的幅度和相位信息，來(lái)進(jìn)行光譜表征；第二測(cè)試模式發(fā)射譜法則是利用近紅外飛秒激光脈沖直接輻射納米結(jié)構(gòu)的測(cè)試樣品，激勵(lì)出具有一定幅度和相位信息的太赫茲THz光信號(hào)，用以作為光譜分析；發(fā)射譜法與透/反射譜法的切換通過(guò)在泵浦光路中移去或加入調(diào)整好的固體太赫茲發(fā)射源來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中，在泵浦光路中設(shè)置固體太赫茲發(fā)射源為透/反射譜法；本方法是針對(duì)納米尺度的準(zhǔn)一維半導(dǎo)體或金屬納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行近場(chǎng)方式下的太赫茲THz時(shí)域光譜THz-TDS表征。本技術(shù)方案的原理說(shuō)明如下本發(fā)明提出的裝置采用泵浦-檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)，主要包括飛秒激光光源、分束器、光學(xué)斬波器、光學(xué)時(shí)間延遲導(dǎo)軌、波片(λ/2與λ/4)、固體太赫茲發(fā)射源(非線(xiàn)性光學(xué)晶體或光電導(dǎo)天線(xiàn))、電光晶體、Wollaston偏振光分束器、差分光電探測(cè)器和鎖相放大器。裝置的光路分為泵浦光路和檢測(cè)光路，飛秒激光光源輸出光脈沖，經(jīng)半波起偏器后，由光學(xué)分束器分為泵浦光和檢測(cè)光，泵浦光用于激勵(lì)固體太赫茲發(fā)射源或納米尺度的準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)材料以激發(fā)太赫茲THz光的產(chǎn)生，而檢測(cè)光經(jīng)光學(xué)延遲后與太赫茲THz光波重疊于電光晶體，完成太赫茲THz光幅度和相位信息的采集；經(jīng)電光晶體采集的光信號(hào)由Wollaston偏振光分束器分為P光束和S光束，并送入差分光電探測(cè)器，光電轉(zhuǎn)換后輸出的電信號(hào)由鎖相放大器進(jìn)行必要的放大；鎖相放大起的同步頻率信號(hào)來(lái)自泵浦光路或檢測(cè)光路中的光學(xué)斬波器。由于準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)材料具有納米尺度特點(diǎn)，本發(fā)明的方案中將作為太赫茲THz 探測(cè)器的碲化鋅SiTe電光晶體放置在納米尺度準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)材料樣品表面附近，最大距離小于1. 0cm，碲化鋅SiTe電光晶體面向測(cè)試樣品的一側(cè)表面依順序制備二氧化硅S^2 膜，厚度約133nm，用以最大程度地減小泵浦光路的激光透射能量，以及鍺Ge膜，厚度約為 300nm，用以提高THz光波信號(hào)的吸收率。
相較于以往的遠(yuǎn)場(chǎng)模式的太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)THz-TDS，本發(fā)明為一種針對(duì)納米尺度半導(dǎo)體或金屬材料的近場(chǎng)太赫茲THz時(shí)域光譜系統(tǒng)。有益效果本技術(shù)方案可用于納米尺度金屬或半導(dǎo)體材料的光譜分析，有效地提高了空間分辨率。另外，本發(fā)明中的時(shí)域光譜系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)透射/反射模式與發(fā)射模式之間的切換，有利于測(cè)量方法上的互補(bǔ)，提高了測(cè)量的靈活度和準(zhǔn)確性。


圖1是本發(fā)明中針對(duì)納米尺度準(zhǔn)一維材料的太赫茲近場(chǎng)時(shí)域發(fā)射譜系統(tǒng)圖。圖2是本發(fā)明中針對(duì)納米尺度準(zhǔn)一維材料的太赫茲近場(chǎng)時(shí)域透射/反射譜系統(tǒng)圖。圖3是本發(fā)明中太赫茲探測(cè)晶體與其表面光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)圖。圖中標(biāo)號(hào)1- 二氧化硅SW2薄膜，2-鍺Ge膜，3_太赫茲THz光探測(cè)晶體。
具體實(shí)施例方式一種近場(chǎng)太赫茲THz時(shí)域光譜測(cè)試裝置，包括飛秒激光光源、半波起偏器、光學(xué)分束器、光學(xué)斬波器、固體太赫茲發(fā)射源、光學(xué)延遲器、波片、電光晶體、Wollaston偏振光分束器、光電探測(cè)器和鎖相放大器；飛秒激光光源輸出光脈沖，經(jīng)半波起偏器后，由光學(xué)分束器分為泵浦光和檢測(cè)光； 本裝置的光路包括泵浦光路和檢測(cè)光路；檢測(cè)光經(jīng)光學(xué)延遲線(xiàn)和檢測(cè)光路與泵浦光路在電光晶體處重合；泵浦光對(duì)應(yīng)泵浦光路，在泵浦光路上，沿光的照射方向依次設(shè)有固定的光學(xué)斬波器、可拆除的固體太赫茲發(fā)射源和測(cè)試樣品放置位置；所述光學(xué)斬波器輸出用于鎖相放大器的同步頻率信號(hào)；檢測(cè)光對(duì)應(yīng)檢測(cè)光路；在檢測(cè)光路上，設(shè)有光學(xué)延遲器、Wollaston偏振光分束器、波片和沃拉斯頓棱鏡；與測(cè)試樣品放置位置對(duì)應(yīng)處設(shè)置電光晶體和透鏡，電光晶體采集的來(lái)自測(cè)試樣品光信號(hào)經(jīng)透鏡后，再經(jīng)Wollaston偏振光分束器送到波片和沃拉斯頓棱鏡，分為P光和S 光，這兩個(gè)光速送入光電探測(cè)器，光電探測(cè)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后輸出的電信號(hào)由鎖相放大器進(jìn)行放大；鎖相放大器的同步頻率信號(hào)來(lái)自泵浦光路或來(lái)自檢測(cè)光路中的光學(xué)斬波器。所述電光晶體作為太赫茲THz探測(cè)器，是碲化鋅SiTe電光晶體；電光晶體與被測(cè)樣品表面的最大距離小于1. Ocm ；碲化鋅S1Te電光晶體面向測(cè)試樣品的一側(cè)的表面依順序制備二氧化硅SW2膜和鍺Ge膜，采用電子束蒸發(fā)的方式制備。所述二氧化硅SiO2膜的厚度為133nm士 10% ；鍺Ge膜厚度為300nm士 10%。所述固體太赫茲發(fā)射源是無(wú)源的非線(xiàn)性光學(xué)整流晶體或有源的光電導(dǎo)天線(xiàn)；所述波片為λ/2或λ/4波片；所述光電探測(cè)器是差分光電探測(cè)器。一種使用上述裝置的近場(chǎng)太赫茲時(shí)域光譜測(cè)試方法，其特征是包括兩種測(cè)試模式太赫茲THz透/反射譜法和發(fā)射譜方法第一測(cè)試模式透/反射譜法為使用太赫茲THz光信號(hào)輻射納米結(jié)構(gòu)的樣品，通過(guò)測(cè)量經(jīng)過(guò)測(cè)試樣品的太赫茲THz透/反射信號(hào)的幅度和相位信息，來(lái)進(jìn)行光譜表征；第二測(cè)試模式發(fā)射譜法則是利用近紅外飛秒激光脈沖直接輻射納米結(jié)構(gòu)的測(cè)試樣品，激勵(lì)出具有一定幅度和相位信息的太赫茲THz光信號(hào)，用以作為光譜分析；發(fā)射譜法與透/反射譜法的切換通過(guò)在泵浦光路中移去或加入調(diào)整好的固體太赫茲發(fā)射源來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中，在泵浦光路中設(shè)置固體太赫茲發(fā)射源為透/反射譜法；本方法是針對(duì)納米尺度的準(zhǔn)一維半導(dǎo)體或金屬納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行近場(chǎng)方式下的太赫茲THz時(shí)域光譜THz-TDS表征。下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明本技術(shù)方案為一種針對(duì)納米尺度準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)材料的近場(chǎng)太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)，可以交替使用太赫茲透/反射譜和太赫茲發(fā)射譜。本發(fā)明首先將飛秒激光光源輻射的近紅外飛秒脈沖激光光束由光學(xué)分束器分為泵浦光路和檢測(cè)光路；泵浦光經(jīng)光學(xué)斬波器調(diào)制后激勵(lì)固體太赫茲發(fā)射源或納米尺度的準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)的測(cè)試樣品，以產(chǎn)生譜分析所需的太赫茲波信號(hào)；檢測(cè)光經(jīng)光學(xué)延遲線(xiàn)和必要的傳輸光路與泵浦光路在太赫茲探測(cè)晶體處重合，并實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲信號(hào)的采樣；經(jīng)檢測(cè)光采樣的太赫茲信號(hào)經(jīng)過(guò)四分之一波片和沃拉斯頓棱鏡，分為P光和S光，分別送入差分光電二極管的輸入端，其小信號(hào)輸出端輸出差分信號(hào)并由鎖相信號(hào)放大器處理(放大與模數(shù)轉(zhuǎn)換)，鎖相放大器的同步頻率信號(hào)來(lái)自光學(xué)斬波器；處理后的信號(hào)數(shù)據(jù)送往計(jì)算機(jī)進(jìn)行下一步處理和運(yùn)算分析。在本發(fā)明中，透射/反射譜與發(fā)射譜方式的切換采用在泵浦光路中移去或加入固體太赫茲發(fā)射源模塊實(shí)現(xiàn)移去固體太赫茲發(fā)射源模塊，將泵浦光路直接輻射納米尺度的準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)的測(cè)試樣品，由樣品自身激勵(lì)出太赫茲波，測(cè)試模式即為發(fā)射譜模式；加入調(diào)整好地固體太赫茲發(fā)射源，由泵浦光輻射并激勵(lì)發(fā)射源產(chǎn)生太赫茲光，并進(jìn)行必要的聚焦，隨后由太赫茲光照射納米尺度的準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)的測(cè)試樣品，測(cè)試模式即為透射/反射譜模式。本發(fā)明為一種近場(chǎng)太赫茲光譜系統(tǒng)，其中太赫茲信號(hào)的探測(cè)采用將太赫茲探測(cè)晶體抵近納米尺度的準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)的樣品，兩者相距的最大距離不大于lcm，在太赫茲探測(cè)晶體靠近樣品的一側(cè)表面依次制備二氧化硅S^2膜，厚度約133nm，用以最大程度地減小泵浦光路的激光透射能量，以及鍺Ge膜，厚度約為300nm，用以提高THz光波信號(hào)的吸收率。實(shí)施例1納米尺度準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)氧化鋅ZnO材料的太赫茲THz近場(chǎng)時(shí)域光譜(透射模式)首先將選取好的氧化鋅樣品附著在光具座上，并將其放入太赫茲近場(chǎng)時(shí)域光譜系統(tǒng)中；打開(kāi)飛秒激光光源輸出窗口前的光闌，輸出飛秒激光脈沖，利用光學(xué)分束器將其分為泵浦光和檢測(cè)光，經(jīng)過(guò)光學(xué)斬波器調(diào)制的泵浦光激勵(lì)太赫茲光電導(dǎo)天線(xiàn)輻射出太赫茲信號(hào)，經(jīng)聚焦后投射到納米準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)氧化鋅樣品的表面；將表面依次制備有二氧化硅薄膜和鍺膜的太赫茲探測(cè)晶體碲化鋅SiTe放置在太赫茲THz光傳輸?shù)墓饴飞?，距氧化鋅樣品距離為0. 4cm ；探測(cè)光經(jīng)光學(xué)延遲后與經(jīng)過(guò)氧化鋅樣品的太赫茲THz光路重合在太赫茲探測(cè)晶體碲化鋅SiTe處，完成采樣；采樣后的太赫茲THz信號(hào)經(jīng)四分之一波片和沃拉斯頓棱鏡送入差分光電二極管的輸入段，完成光電轉(zhuǎn)換，輸出的小信號(hào)由與光學(xué)斬波器同步的鎖相放大器放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換；計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)接口接收和存儲(chǔ)鎖相放大器處理后的太赫茲信號(hào)的離散數(shù)據(jù)，并可實(shí)現(xiàn)快速傅里葉變換，將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)為頻域信號(hào)。
利用上述的頻域和時(shí)域太赫茲信號(hào)，依據(jù)相應(yīng)的物理模型或原理，可對(duì)被測(cè)試的納米尺度準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)的氧化鋅樣品的材料屬性和光電性能進(jìn)行對(duì)應(yīng)的分析和比對(duì)。實(shí)施例2納米尺度準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)氧化鋅ZnO材料的太赫茲THz近場(chǎng)時(shí)域光譜(發(fā)射模式)首先將選取好的氧化鋅樣品附著在光具座上，并將其放入太赫茲近場(chǎng)時(shí)域光譜系統(tǒng)中；打開(kāi)飛秒激光光源輸出窗口前的光闌，輸出飛秒激光脈沖，利用光學(xué)分束器將其分為泵浦光和檢測(cè)光，經(jīng)過(guò)光學(xué)斬波器調(diào)制的泵浦光經(jīng)聚焦后投射到納米準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)氧化鋅樣品的表面，激勵(lì)納米氧化鋅樣品輻射出太赫茲信號(hào)；將表面依次制備有二氧化硅薄膜和鍺膜的太赫茲探測(cè)晶體碲化鋅SiTe放置在太赫茲THz光傳輸?shù)墓饴飞希嘌趸\樣品距離為 0. 4cm ；探測(cè)光經(jīng)光學(xué)延遲后與經(jīng)過(guò)氧化鋅樣品的太赫茲THz光路重合在太赫茲探測(cè)晶體碲化鋅SiTe處，完成采樣；采樣后的太赫茲THz信號(hào)經(jīng)四分之一波片和沃拉斯頓棱鏡送入差分光電二極管的輸入段，完成光電轉(zhuǎn)換，輸出的小信號(hào)由與光學(xué)斬波器同步的鎖相放大器放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換；計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)接口接收和存儲(chǔ)鎖相放大器處理后的太赫茲信號(hào)的離散數(shù)據(jù)，并可實(shí)現(xiàn)快速傅里葉變換，將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)為頻域信號(hào)。利用上述的頻域和時(shí)域太赫茲信號(hào)，依據(jù)相應(yīng)的物理模型或原理，可對(duì)被測(cè)試的納米尺度準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)的氧化鋅樣品的材料屬性和光電性能進(jìn)行對(duì)應(yīng)的分析和比對(duì)。
權(quán)利要求
1.一種近場(chǎng)太赫茲THz時(shí)域光譜測(cè)試裝置，其特征是包括飛秒激光光源、半波起偏器、 光學(xué)分束器、光學(xué)斬波器、固體太赫茲發(fā)射源、光學(xué)延遲器、波片、電光晶體、Wollaston偏振光分束器、光電探測(cè)器和鎖相放大器；飛秒激光光源輸出光脈沖，經(jīng)半波起偏器后，由光學(xué)分束器分為泵浦光和檢測(cè)光；本裝置的光路包括泵浦光路和檢測(cè)光路；檢測(cè)光經(jīng)光學(xué)延遲線(xiàn)和檢測(cè)光路與泵浦光路在電光晶體處重合；泵浦光對(duì)應(yīng)泵浦光路，在泵浦光路上，沿光的照射方向依次設(shè)有固定的光學(xué)斬波器、可拆除的固體太赫茲發(fā)射源和測(cè)試樣品放置位置；所述光學(xué)斬波器輸出用于鎖相放大器的同步頻率信號(hào)；檢測(cè)光對(duì)應(yīng)檢測(cè)光路；在檢測(cè)光路上，設(shè)有光學(xué)延遲器、Wollaston偏振光分束器、波片和沃拉斯頓棱鏡；與測(cè)試樣品放置位置對(duì)應(yīng)處設(shè)置電光晶體和透鏡，電光晶體采集的來(lái)自測(cè)試樣品光信號(hào)經(jīng)透鏡后，再經(jīng)Wollaston偏振光分束器送到波片和沃拉斯頓棱鏡，分為P光和S光，這兩個(gè)光速送入光電探測(cè)器，光電探測(cè)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后輸出的電信號(hào)由鎖相放大器進(jìn)行放大；鎖相放大器的同步頻率信號(hào)來(lái)自泵浦光路或來(lái)自檢測(cè)光路中的光學(xué)斬波器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述電光晶體作為太赫茲THz探測(cè)器，是碲化鋅SiTe電光晶體；電光晶體與被測(cè)樣品表面的最大距離小于1. Ocm ；碲化鋅SiTe電光晶體面向測(cè)試樣品的一側(cè)的表面依順序制備二氧化硅SiO2膜和鍺Ge 膜，采用電子束蒸發(fā)的方式制備。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征是所述二氧化硅SiO2膜的厚度為133nm士10%; 鍺Ge膜厚度為300nm士 10%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征是所述固體太赫茲發(fā)射源是無(wú)源的非線(xiàn)性光學(xué)整流晶體或有源的光電導(dǎo)天線(xiàn)；所述波片為λ/2或λ/4波片；所述光電探測(cè)器是差分光電探測(cè)器。
5.一種使用權(quán)利要求1 4任一所述裝置的近場(chǎng)太赫茲時(shí)域光譜測(cè)試方法，其特征是包括兩種測(cè)試模式太赫茲THz透/反射譜法和發(fā)射譜方法第一測(cè)試模式透/反射譜法為使用太赫茲THz光信號(hào)輻射納米結(jié)構(gòu)的樣品，通過(guò)測(cè)量經(jīng)過(guò)測(cè)試樣品的太赫茲THz透/反射信號(hào)的幅度和相位信息，來(lái)進(jìn)行光譜表征；第二測(cè)試模式發(fā)射譜法則是利用近紅外飛秒激光脈沖直接輻射納米結(jié)構(gòu)的測(cè)試樣品，激勵(lì)出具有一定幅度和相位信息的太赫茲THz光信號(hào)，用以作為光譜分析；發(fā)射譜法與透/反射譜法的切換通過(guò)在泵浦光路中移去或加入調(diào)整好的固體太赫茲發(fā)射源來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中，在泵浦光路中設(shè)置固體太赫茲發(fā)射源為透/反射譜法。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述方法，其特征是本方法是針對(duì)納米尺度的準(zhǔn)一維半導(dǎo)體或金屬納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行近場(chǎng)方式下的太赫茲THz時(shí)域光譜THz-TDS表征。
全文摘要
一種近場(chǎng)太赫茲THz時(shí)域光譜表征方法及其測(cè)試裝置，首先將飛秒激光光源輻射的近紅外飛秒脈沖激光光束由光學(xué)分束器分為泵浦光路和檢測(cè)光路；泵浦光經(jīng)光學(xué)斬波器調(diào)制后激勵(lì)固體太赫茲發(fā)射源或納米尺度的準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)的測(cè)試樣品，以產(chǎn)生譜分析所需的太赫茲波信號(hào)；檢測(cè)光經(jīng)光學(xué)延遲線(xiàn)和必要的傳輸光路與泵浦光路在太赫茲探測(cè)晶體處重合，并實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲信號(hào)的采樣；經(jīng)檢測(cè)光采樣的太赫茲信號(hào)經(jīng)過(guò)四分之一波片和沃拉斯頓棱鏡，分為P光和S光，分別送入差分光電二極管的輸入端，其小信號(hào)輸出端輸出差分信號(hào)并由鎖相信號(hào)放大器處理(放大與模數(shù)轉(zhuǎn)換)，鎖相放大器的同步頻率信號(hào)來(lái)自光學(xué)斬波器；處理后的信號(hào)數(shù)據(jù)送往計(jì)算機(jī)進(jìn)行下一步處理和運(yùn)算分析。
文檔編號(hào)G01N21/63GK102331403SQ20111025882
公開(kāi)日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月2日
發(fā)明者王琦龍 申請(qǐng)人:東南大學(xué)