面阵CCD探测的全自动椭圆偏振光谱系统研究

给出了一种椭圆偏振光谱的快速测量方法 ,并使得实验系统的结构更为紧凑和小型化 ,减轻了重量 .研究中采用了由面阵型CCD探测器和平面多光栅组成的光谱仪 ,无需光栅扫描 ,就能够在很短时间内对光谱进行快速准确的数字凝视式成像 ,光谱分辨精度优于 1.0nm ,显著提高了系统工作的可靠性和效率 .系统采取了将CCD光谱仪后置的方式 ,研究并解决了从物理光学原理、器件设计和加工、系统调试和定标、软件编制以及到光谱测量和数据分析等一系列问题 .实验中对典型贵金属Au的光学常数谱进行了测量 ,获得了满意的结果 .

本征GaAs量子阱中电子自旋扩散输运的时-空分辨吸收光谱研究

发展了一种时-空分辨圆偏振光抽运-探测光谱及其理论,并用于本征GaAs量子阱中电子自旋扩散输运的实验研究.获得室温下本征GaAs量子阱中的"自旋双极扩散系数"为Das=37.5±15cm2/s.此结果比用自旋光栅法测量到的掺杂GaAs量子阱中电子自旋扩散系数小.解释为是由于"空穴库仑拖曳"效应减慢了电子自旋波包的扩散输运.

GaAs中电子自旋极化的浓度依赖研究

采用时间分辨圆偏振光抽运-探测光谱,研究本征GaAs中导带底附近电子初始自旋极化和自旋弛豫动力学。发现电子初始自旋极化度小于通常认为的0.5,并随光注入载流子浓度的增大而减小。假设右旋圆偏振光激发到导带的自旋取向,向上与向下电子浓度之比为1:3,理论计算的电子初始自旋极化度随载流子浓度变化关系与实验结果很好的符合。计算结果同时表明,带隙重整化效应对电子初始自旋极化度有较大影响,但电子初始自旋极化度小于0.5的现象并非起源于带隙重整化效应。

GaAs高过超能量态电子自旋相干动力学研究

研究了9.6K低温下、本征GaAs高过超能量态电子自旋相干动力学的浓度依赖,发现当光子能量为1.57eV,载流子浓度增大至2.65×1017cm-3时电子自旋相干量子拍的相位翻转180°。理论计算表明量子拍的相位翻转为区分轻、重空穴系统提供了重要依据,当载流子浓度大于2.6×1017cm-3时,量子拍的振幅主要起源于重空穴价带-导带跃迁,当载流子浓度小于2.6×1017cm-1时,量子拍的振幅主要起源于轻空穴价带-导带跃迁。因而,分别在轻空穴价带-导带系统和重空穴价带-导带系统实验测量电子自旋相干动力学成为可能,实验数据表明在轻空穴价带-导带系统测得的电子自旋相干弛豫时间明显大于在重空穴价带-导带系统测得的电子自旋相干弛豫时间。

非晶N:GeSb薄膜的光致晶化及其相干声子谱表征

利用对微结构变化非常灵敏的相干声子光谱技术研究了非晶N:GeSb薄膜的光致相变特征。发现当激光辐照能流达到某个阈值时,出现了一个新的声子模,表明相变的发生。同时,退火晶化的N:GeSb薄膜也出现此新的声子模,表明激光照射的确导致了薄膜的晶化。相干光学声子谱的抽运能量密度依赖实验结果表明光致晶化的N:GeSb薄膜的相干光学声子的寿命和频率均随抽运能量密度增加而减小,与晶体中的依赖关系一致。结果表明N:GeSb薄膜的光致晶化质量较好,具有相变光存储应用潜力。

自旋极化度对GaAs量子阱中吸收饱和效应与载流子复合动力学的影响研究

本文研究了(001)Ga As量子阱薄膜中重空穴激子近共振抽运-探测的载流子自旋弛豫动力学,发现载流子的自旋极化对传统的线偏振光吸收饱和效应和载流子复合动力学都有影响.进一步的抽运流依赖的自旋弛豫和复合动力学研究表明,自旋极化对线偏振光的吸收饱和效应的影响随抽运流降低而变弱.在低激发流时,自旋极化对线偏振吸收饱和效应的影响才可忽略.然而,又显现出自旋极化对复合动力学的影响.分析表明复合动力学的自旋极化依赖性起源于重空穴激子形成浓度的自旋极化依赖性.复合动力学的自旋极化依赖性表明自旋弛豫时间计算中所涉及的复合时间应该使用自旋极化载流子的复合时间.基于二维质量作用定律的激子浓度计算表明,库仑屏蔽效应对激子形成的影响在较低激发载流子浓度下可以忽略.

太赫兹光谱技术在半导体纳米材料中的应用

太赫兹光谱测量技术由于其非接触性、相干性和瞬时性成为研究半导体纳米材料的有利工具。近年来,太赫兹光谱技术在研究半导体纳米晶、量子点等微型结构的光电性能和光电转换特性方面取得了一系列成果。就太赫兹光谱技术在纳米半导体材料中的应用和最新进展进行了较详细的分析和归纳总结。

超快光谱技术及其在凝聚态物理研究中的应用

近年来备受关注的超快光谱技术拥有诸多特色,例如极高的时间分辨率,丰富的光与物质的非线性相互作用,可以用光子相干地调控物质的量子态,其衍生和嫁接技术带来许多凝聚态物理实验技术的变革等等.文章介绍了超快光谱技术的一般原理、时间分辨的技术实现和典型构型,并通过具体实例来展示该实验手段在凝聚态物理研究中的应用.

Ge_2Sb_2Te_5非晶薄膜中超快载流子动力学的飞秒分辨反射光谱研究

利用飞秒时间分辨抽运-探测反射光谱技术研究了室温下Ge2Sb2Te5非晶薄膜中载流子超快动力学及其激发能量密度依赖性.发现光激发后0.5ps时间内,反射变化率降到最小值,然后开始迅速增加,在几个皮秒时间内达到大于初始反射率的新的最大值.反射率的减小量、增加量和增加速率均随激发能量密度的增大而增加.利用高密度等离子体的Auger复合及其感应的晶格加热模型较好地定量解释了反射率由最小到最大的快速变化过程,表明高密度等离子体的Auger复合加热导致的热效应可能是超快激光诱导相变发生的主要机制.

一维单壁碳纳米管相干结构振荡的光谱学调制

采用3.7fs脉冲激光对半导体单壁碳纳米管的两个最低电子跃迁进行选择性抽运,诱导产生了沿碳管径向振荡的低频呼吸模式(RBM)和沿轴向振荡的高频伸缩模式(GM)。通过变换抽运光带宽,探测到最低单激发态抽运和双激发态抽运对两种声子振幅及初始相位的影响。研究结果表明,RBM和GM的振幅以及GM的初始相位得到了明显调制。基于相干电-声子耦合对声子场的影响,调制了碳纳米管晶格结构振荡模式的参量。提供了一种通过激发电子相干运动调控相干晶格振荡特性的可能性。

GaAs中电子g因子的温度和能量依赖性的飞秒激光吸收量子拍研究

采用时间分辨椭圆偏振光抽运-探测光谱研究磁场作用下本征GaAs中电子自旋弛豫动力学,观察到吸收量子拍现象.这种吸收量子拍起源于电子自旋的拉莫尔进动,因而其拍频成为高精度测量电子g因子的一种新方法.利用这种新方法研究了本征GaAs中电子g因子的温度和能量依赖特性,发现g因子随电子的温度和能量增加而增加,但与k·p理论预测相差甚大.基于实验结果拟合,我们给出了一个g因子的温度和能量依赖的经验公式.

ZnO粉末中无序激射现象时间分辨的研究

采用抽运 -探测时间分辨方法实验研究了半导体材料ZnO纳米颗粒粉末中的无序激射现象 .在 2 6 7nm激光的抽运下 ,通过精确控制抽运光的能量和样品表面的抽运面积 ,获得了宽度小于 1nm的单模无序激射光谱和多峰的多模无序激射光谱 .时间分辨的抽运 -探测结果显示 ,此时样品的上能级寿命仅为几个皮秒 。

本征GaAs中电子自旋极化的能量演化研究

采用时间分辨圆偏振光抽运-探测光谱,研究9.6 K温度下本征GaAs中电子自旋相干弛豫动力学,发现反映电子自旋相干的吸收量子拍的振幅随光子能量的增加呈非单调性变化.考虑自旋极化依赖的带填充效应和带隙重整化效应,发展了圆偏振光抽运-探测光谱的理论模型.该模型表明量子拍的振幅依赖于所探测能级的电子初始自旋极化度,自旋探测灵敏度以及带填充因子,三者的乘积导致了量子拍振幅的非单调变化,与实验结果一致.给出了能级分裂的二能级系统中电子自旋极化度定义.发现在高能级上可以获得100%的初始电子自旋极化度.

GaAs中带填充效应与带隙重整化效应的竞争

采用时间分辨线偏振光抽运-探测光谱研究常温下本征GaAs中载流子弛豫动力学,观察到饱和吸收和吸收增强现象.发现载流子浓度为2×1017cm-3,探测光子能量小于1.549eV时,饱和吸收现象比较明显,反之,有明显的吸收增强现象出现.载流子浓度大于7×1016cm-3的范围内,吸收增强信号随时间增大没有减弱的趋势,反而有继续增强的趋势.理论上,考虑带填充效应和带隙重整化效应的竞争,模拟得到与实验谱线相符合的结果.同时考虑带填充和带隙重整化效应,给出了用于拟合载流子寿命的新的经验公式.

本征GaAs中电子自旋极化对电子复合动力学的影响研究

采用时间分辨圆偏振光和线偏振光抽运-探测光谱,研究了9.6 K温度下本征GaAs中自旋极化电子与非极化电子的复合动力学及其随光子能量演化.发现自旋极化对电子复合动力学具有显著影响.仅在导带底附近测量时,两种方法测试到的复合寿命一致,而在高过超能量电子态测量时,两种方法测试到的复合寿命不一致.指出时间分辨法拉第光谱中,用于反演求解电子自旋相干寿命的电子复合寿命应该使用圆偏振光抽运-探测获得的复合寿命,而不是线偏振光抽运-探测获得的寿命.理论计算与实验结果吻合较好.

飞秒光诱导铽镓石榴石晶体中的磁化响应研究

运用时间分辨抽运-探测光谱技术,研究了磁光晶体铽镓石榴石(TGG)在不同椭圆偏振态的飞秒激光脉冲诱导下的极化和磁化响应.研究表明,当仅存在逆法拉第效应时,探测光旋转角信号和椭圆率信号的变化方向与圆偏振抽运光的旋向相关.这是由于圆偏振光在TGG晶体中产生的瞬态有效磁场的方向依赖于圆偏振光的旋向所致.光诱导磁化过程与材料的性质有关,TGG晶体的顺磁特性决定了其自旋弛豫时间为几十飞秒.由于探测光旋转角信号和椭圆率信号的半高全宽均为500fs左右,加之信号强度随着抽运光脉冲能量密度的增加呈线性增长,表明TGG晶体有望成为超快全光磁开关的候选材料.

半金属锑薄膜中电子动力学研究

采用时间分辨抽运-探测透射光谱,研究了不同波长和不同激发流密度下半金属Sb薄膜的超快电子动力学过程.透射变化率的时间延迟扫描曲线显示在延迟零点附近出现强的振荡,正的吸收饱和峰在亚皮秒时间内衰减为负的吸收增强峰.之后,负的吸收增强峰在数皮秒时间内甚至再次演变为吸收饱和.正饱和峰和负吸收峰幅度正比于激发流密度和光波长.对这些现象进行了分析,引入"缺陷"态模型及考虑"缺陷"态对光激发电子的快速俘获和逐渐释放,能够合理、半定量地解释实验观察到的所有现象.

长寿命吸收过程对超快动力学过程测量的影响

使用飞秒时间分辨抽运-探测透射光谱技术,实验研究了GaAs体材料中光激发载流子的超快弛豫动力学的波长依赖.在相同的光激发载流子浓度和抽运/探测比时,发现760nm和780nm两中心波长处的瞬态透射变化延迟扫描信号出现负的和振荡的信号.与模拟计算结果对比,判定该实验瞬态信号是错误的.分析探测器输出波形,发现是由于反相波形导致的,而引起反相波形的原因在于样品中存在长寿命的吸收过程.指出通过提高探测器上的抽运/探测比能够矫正反相波形,从而获得正确的瞬态透射变化动力学.提高探测器上的抽运/探测比与目前的应尽量减小抽运光对探测器的散射贡献的观点是对立的.文章的研究结果对应用抽运-探测时间分辨光谱技术正确地测量超快瞬态动力学过程具有重要的参考价值.