一种测量一维材料复极化率的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种测量一维材料复极化率的装置及方法。所述方法分别利用左‑(右‑)旋椭圆偏振光与一维材料散射光的干涉，在两组结果中复极化率实部(虚部)贡献相反(相同)，从而定量测量一维材料的复极化率。所述装置包括光源、第一偏振片、1/4波片、第一保偏镜头、被测一维材料样品、第二保偏镜头、第二偏振片和光谱仪。或者，所述装置包括光源、第一偏振片、1/4波片、分光镜、保偏镜头、被测一维材料样品、第二偏振片、反射镜和光谱仪。本发明专利技术首次实现了对一维材料复极化率的测量，具有测量速度快、测量频带广(1.6eV‑2.7eV)、不破坏被测样品、操作简单、设备易得等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种测量一维材料复极化率的装置及方法
本专利技术属于光谱学及光电子
，涉及一种测量一维材料的复极化率的光学方法。
技术介绍
一维材料是指材料有两个维度处于纳米尺寸(尺寸小于100纳米)，如纳米线、纳米棒、纳米纤维、纳米管等。光学复极化率是表征材料与光相互作用最基本的参数之一，它对更好地理解材料的光电性能及具体应用具备非常重要的意义。对于传统的三维材料或二维薄膜材料，光学复极化率可以依靠传统的衍射或反射用椭偏仪来测量。然而，在一维材料光谱学中，并没有反射和衍射的概念(Snell’s方程失效)，这使得传统测量方法无法实现对一维材料复极化率的测量。另一方面，由于克莱默-克朗尼格关系计算的积分范围需要从0到正无穷，这导致理论上也无法精确计算出复极化率实部信息。截至目前，国内外还未见报道测量一维材料光学复极化率的技术，因此，发展一种广泛用于测量一维材料光学复极化率的技术显得尤为重要。
技术实现思路
针对目前测一维材料复极化率测量技术的缺失，本技术提出了一种基于椭圆偏光的零差检测方法来测量一维材料的光学复极化率的装置及方法。该方法基于精确控制左-(右-)旋椭圆偏振光与一维材料散射光的干涉，结果在两组光谱中复极化率实部(虚部)贡献相反(相同)，从而通过两组光谱结果定量测量一维材料的复极化率。这种针对一维材料的复极化率测量会加速它们在未来光子、光电、光电和生物成像设备上的精确设计和应用，提供一个新的可检测参数来监控诸如电荷掺杂、应变等外部调制。一种测量一维材料复极化率的装置，包括光源、第一偏振片、1/4波片、第一保偏镜头、被测一维材料样品、第二保偏镜头、第二偏振片和光谱仪。光源发出的光依次经过第一偏振片、1/4波片、第一保偏镜头、被测一维材料样品、第二保偏镜头、第二偏振片，最终被光谱仪接收。一种测量一维材料复极化率的装置，包括光源、第一偏振片、1/4波片、分光镜、保偏镜头、被测一维材料样品、第二偏振片、反射镜和光谱仪。光源发出的光依次经过第一偏振片、1/4波片、分光镜、保偏镜头、被测一维材料样品，再次先后经过保偏镜头和分光镜，然后经过第二偏振片和反射镜，最终被光谱仪接收。一种测量一维材料复极化率的方法，包括如下步骤：1)在第一保偏镜头和第二保偏镜头的焦点处，放置被测一维材料样品，被测一维材料样品的轴向为竖直方向，再旋转两块偏振片的偏振方向使两块偏振片的光轴完全垂直，两块偏振片的光轴相对于竖直方向分别为+π/4和-π/4，其中，第一保偏镜头的焦点和第二保偏镜头的焦点位于同一位置；2)旋转1/4波片使其快轴方向与第一偏振片的光轴方向有一个夹角θ，入射光经1/4波片后变为左旋椭圆偏光，其中夹角θ的弧度为0-π/4；3)光在经过被测一维材料样品，其中一部分激发样品散射信号，另一部分形成透射信号，散射信号与透射信号干涉之后形成干涉信号，干涉信号被所述第二保偏镜头收集，再经过第二偏振片后，被光谱仪探测；之后将样品移出焦点，使透射光被所述第二保偏镜头收集，再经过第二偏振片后，被光谱仪探测；最终处理后得到左旋信号其中，EL为透射的左旋光振幅，ES为样品散射光振幅；4)旋转1/4波片使其快轴方向与第二偏振片的光轴方向有一个夹角θ，入射光经1/4波片后变为右旋椭圆偏光，其中夹角θ的弧度为与步骤2)中的夹角θ相同；5)光在经过被测一维材料样品，其中一部分激发样品散射信号，另一部分形成透射信号，散射信号与透射信号干涉之后形成干涉信号，被所述第二保偏镜头收集，再经过第二偏振片后，被光谱仪探测；之后将样品移出焦点，使透射光被所述第二保偏镜头收集，再经过第二偏振片后，被光谱仪探测；最终处理后得到，得到右旋信号其中，ER为透射的右旋光振幅，ES为样品散射光振幅；6)结合步骤3)所述左旋信号和步骤5)中所述右旋信号，代入如下公式：其中，χ1、χ2分别为样品的复极化率的实部和虚部，β是探测系数，最终分别得到样品的复极化率的实部和虚部。一种测量一维材料复极化率的方法，包括如下步骤：1)在保偏镜头的焦点处，放置样品及其衬底，并使样品轴向在xy平面内为45°放置，再旋转两块偏振片的偏振方向使两块偏振片的光轴完全垂直，其中所述第一偏振片的方向为竖直方向，所述第二偏振片的方向为水平方向；2)旋转1/4波片使其与第一偏振片的光轴方向有一个夹角θ，入射光经波片后变为左旋椭圆偏光；然后经过分光镜反射，经过保偏镜头聚焦在样品上，其中夹角θ的弧度为0-π/4；3)衬底反射光与激发的样品散射光的干涉信号透过所述保偏镜头后再经过上述分光镜，最后被光谱仪探测；之后将样品移出焦点，使反射光被所述保偏镜头收集，再透过分光镜和第二偏振片后，最终得到左旋信号其中EL为反射的左旋光振幅，Es为样品散射光振幅；4)旋转1/4波片使其与第二偏振片的光轴方向有一个夹角θ，入射光经波片后变为右旋椭圆偏光，然后经过分光镜反射，经过保偏镜头聚焦在样品上，其中夹角θ与步骤2)中的夹角θ相同；5)衬底反射光与激发的样品散射光的干涉信号透过所述保偏镜头、分光镜，被光谱仪探测，之后将样品移出焦点，使反射光被所述保偏镜头收集，再透过分光镜、第二偏振片后，被光谱仪探测；最终得到右旋信号其中ER为反射的右旋光振幅，Es为样品散射光振幅；6)结合步骤3)所述左旋信号和步骤5)中所述右旋信号，代入如下公式：其中，χ1、χ2分别为样品的极化率的实部和虚部，β是探测系数，r为样品所用衬底的反射率，最终分别得到样品的极化率的实部和虚部。本专利技术实现了对一维材料复极化率的测量，具有测量速度快、频带广(1.6eV-2.7eV)、不破坏被测样品、操作简单、设备易得等特点。本专利技术首次实现了对一维材料，以单根碳纳米管为例的复极化率(可分别解出实部和虚部)的测量，对其在光电子、微电子等领域的应用具有极大的帮助。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术所述的一维材料复极化率测量方法的透射式光路示意图；图标：1-光源；2-第一偏振片；3-1/4波片；4-第一保偏镜头；5-悬空的被测一维材料样品；6-第二保偏镜头；7-第二偏振片；8-光谱仪。图2为本专利技术所述的一维材料复极化率测量方法的反射式光路示意图；图标：1-光源；2-第一偏振片；3-1/4波片；4-分光镜；5-保偏镜头；6-被测一维材料样品及其衬底；7-第二偏振片；8-反射镜；9-光谱仪图3为利用本专利技术所述测量方法测得的单根碳纳米管极化率虚部和实部数据；具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进一步阐述，但本专利技术并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。下面介绍两例利用本专利技术所述的方法测量单根碳纳米管复极化率的实施例。实施例1利用透射法测量单根碳纳米管复极化率包括如下步骤：1)如图1所示，光路包括光源1、第一偏振片2、1/4波片3、第一保偏镜头4、悬空的被测一维材料样品5、第二保偏镜头6、第二偏振片7、和光谱仪8。其中，光源1可为超连续白激光(波长范围400-2000nm)，悬空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量一维材料方法，其特征在于，分别利用左‑(右‑)旋椭圆偏振光与一维材料散射光的干涉，在两组结果中复极化率实部(虚部)贡献相反(相同)，从而定量测量一维材料的复极化率。

【技术特征摘要】
1.一种测量一维材料方法，其特征在于，分别利用左-(右-)旋椭圆偏振光与一维材料散射光的干涉，在两组结果中复极化率实部(虚部)贡献相反(相同)，从而定量测量一维材料的复极化率。2.一种测量一维材料复极化率的装置，包括光源、第一偏振片、1/4波片、第一保偏镜头、被测一维材料样品、第二保偏镜头、第二偏振片和光谱仪。3.根据权利要求2所述的装置，光源发出的光依次经过第一偏振片、1/4波片、第一保偏镜头、被测一维材料样品、第二保偏镜头、第二偏振片，最终被光谱仪接收。4.一种测量一维材料复极化率的装置，包括光源、第一偏振片、1/4波片、分光镜、保偏镜头、被测一维材料样品、第二偏振片、反射镜和光谱仪。5.根据权利要求4所述的装置，光源发出的光依次经过第一偏振片、1/4波片、分光镜、保偏镜头、被测一维材料样品，再次先后经过保偏镜头和分光镜，然后经过第二偏振片和反射镜，最终被光谱仪接收。6.根据权利要求2-5任一项所述的装置，其特征在于，所述的光源为超连续白激光。7.根据权利要求2-3任一项所述的装置，其特征在于，被测一维材料样品位于第一保偏镜头和第二保偏镜头的焦点处，第一保偏镜头的焦点和第二保偏镜头的焦点位于同一位置。8.根据权利要求4-5任一项所述的装置，其特征在于，被测一维材料样品位于保偏镜头的焦点处。9.一种采用权利要求1-3任一项所述的装置来测量一维材料复极化率的方法，包括如下步骤：1)在第一保偏镜头和第二保偏镜头的焦点处，放置被测一维材料样品，被测一维材料样品的轴向为竖直方向，再旋转两块偏振片的偏振方向使两块偏振片的光轴完全垂直，两块偏振片的光轴相对于竖直方向分别为+π/4和-π/4，其中，第一保偏镜头的焦点和第二保偏镜头的焦点位于同一位置；2)旋转1/4波片使其快轴方向与第一偏振片的光轴方向有一个夹角θ，入射光经1/4波片后变为左旋椭圆偏光，其中夹角θ的弧度为0-π/4；3)光在经过被测一维材料样品后其中一部分散射形成散射信号，另一部分形成透射信号，散射信号与透射信号干涉之后形成干涉信号，干涉信号被所述第二保偏镜头收集，再经过第二偏振片后，被光谱仪探测；之后将样品移出焦点，使透射光被所述第二保偏镜头收集，再经过第二偏振片后，被光谱仪探测；最终处理后得到左旋信号其中，EL为透射的左旋光振幅，ES为散射光振幅；4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘开辉，姚凤蕊，刘灿，陈成，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11