四维高时空分辨超快光子电子多模探测装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种四维高时空分辨超快光子电子多模探测装置，属于激光微纳加工及材料科学应用领域。本发明专利技术通过泵浦探测技术，将聚焦的飞秒至皮秒尺度的光子精准聚焦到微纳尺度样品，通过超快扫描电镜及CCD有机结合探测；通过超快激光激发冷却灯丝形成超快电子束进行观测；通过超快激光照射CCD进行观测，因此能够同时实现超快电子和超快光子的多模探测；还可调控探测电子，使其与光子共同作用样品，从而实现电子与光子协同作用过程的多模超快观测。本发明专利技术可以对样品进行微纳结构加工或改性，进行原位测量加工或改性超快载流子动力学研究。行原位测量加工或改性超快载流子动力学研究。行原位测量加工或改性超快载流子动力学研究。

【技术实现步骤摘要】
四维高时空分辨超快光子电子多模探测装置


[0001]本专利技术涉及一种四维高时空分辨超快光子电子多模探测装置，属于激光微纳加工及材料科学应用领域。

技术介绍

[0002]探索物质的微观结构及物理与化学瞬态变化过程的超快动力学研究为不同学科开辟了新的发展方向，尤其是在超快激光制造领域。超快激光具有超强、超快、超精密的特性，是制造技术的前沿和重要生长点之一。通过激光与材料相互作用，改变材料的物态和性质，实现微米至纳米尺度或跨尺度的控形与控性，多年来一直备受关注。飞秒激光与材料相互作用是一个非线性、非平衡、复杂的物理化学过程，涉及激光与材料相互作用的诸多全新机理。现有的传统光学泵浦探测技术无法获取高精度超快动态信息，现有的普通扫描电镜只能进行稳态成像，因此，通过将超快激光(脉冲宽度小于1ps)与改进的扫描电镜及CCD有机结合探测，实现超快光子电子多模高时空分辨探测，率先观测光子与电子相互作用的超快过程，可望极大推动相关学科发展，应用于激光微纳加工与检测、微纳光电器件、新型光电材料、太阳能电池等领域[ACS Appl.Mater.Interfaces,13,7688
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7697,2021，Light Sci.Appl.,9,80,2020]。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了解决现有技术无法观测到超快激光动态过程，进而无法检测加工结果的问题，提供一种四维高时空分辨超快光子电子多模探测装置；该装置能够实时原位测量超快激光微纳加工和改性过程，以及微纳光电器件载流子动态过程。/>[0004]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。
[0005]一种四维高时空分辨超快光子电子多模探测装置，通过泵浦探测技术，将聚焦的飞秒至皮秒尺度的光子精准聚焦到微纳尺度样品，通过超快扫描电镜及CCD有机结合探测；通过超快激光激发冷却灯丝形成超快电子束进行观测；通过超快激光照射CCD进行观测，因此能够同时实现超快电子和超快光子的多模探测；还可调控探测电子，使其与光子共同作用样品，从而实现电子与光子协同作用过程的多模超快观测。
[0006]可以对样品进行微纳结构加工或改性，进行原位测量加工或改性超快载流子动力学研究；飞秒激光器为该装置提供泵浦激光，探测可采用光子/电子多模探测方式，飞秒激光器与改进扫描电子显微镜有机结合为该装置提供电子模式探测，飞秒激光器与CCD有机结合为该装置提供光子模式探测；
[0007]所述的飞秒激光器与CCD有机结合的光子探测模式，可适用于单个CCD每次一帧测量超快图像，也适用于多个CCD每次多帧测量超快连续图像；
[0008]一种四维高时空分辨超快光子电子多模探测装置，包括：飞秒激光发生器、倍频发生器、分束镜、时间延迟平台、分束镜、改进扫描电子显微镜、倍频模块、合束器、样品、电子探测器、分光镜和CCD。
[0009]将高功率飞秒激光激光器的基本输出经过倍频发生器进入第一分光镜后，输出两束脉冲激光。第一束脉冲激光通过时间延时平台后，再通过第二分束镜，分出第一束激光经过高温窗口精准聚焦到改进扫描电子显微镜冷却的Schottky场发射灯丝并产生光电子脉冲，经过1
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30kV电压加速，通过光子探测器用于电子模式探测；分出第二束脉冲激光通过合束器直接聚焦到样品上，反射光通过分光镜以及CCD收集成像，用于光学模式探测。经过倍频模块产生的第二束脉冲激光以50度角入射到样品9上，作为泵浦光将样品激发到激发态。通过电脑控制的时间延迟平台控制泵浦光和探测光的时间差，用以实现时间分辨，该装置可同时实现光子/电子多模探测，适用于微纳光电器件原位测量。
[0010]工作原理为超快激光辐照样品后，可通过超快激光激发冷却灯丝形成超快电子束进行观测，也可通过超快激光照射CCD进行观测，因此可同时实现超快电子和超快光子的多模探测，更进一步还可调控探测电子，使其与光子共同作用样品，从而创新实现电子与光子协同作用过程的多模超快观测。
[0011]所述改进扫描电子显微镜分别在激发脉冲电子束、泵浦光、及探测光子脉冲处研发设计了透光窗口用于透过激光；同时协同调控电子束电压及偏压值，用于调谐电子束脉冲。
[0012]工作过程：
[0013]具体使用步骤包括：
[0014]步骤1，通过超快激光激发冷却灯丝形成超快电子束进行观测；步骤2，通过超快激光照射CCD进行光子模式观测，因此能够同时实现超快电子和超快光子的多模探测；
[0015]步骤3，还可调控探测电子，使其与光子共同作用样品，从而实现电子与光子协同作用过程的多模超快观测。
[0016]步骤4，电脑控制的时间延迟平台(覆盖
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0.6到6.0ns)用以实现时间分辨。
[0017]步骤5，可连续调节施加光场能量的大小，可以适用于微纳加工及光电器件原位测量。
[0018]有益效果
[0019]1、本专利技术的一种四维高时空分辨超快光子电子多模探测装置通过泵浦探测装置，将聚焦的飞秒至皮秒尺度的光子精准聚焦到微纳尺度样品，通过超快扫描电镜及CCD有机结合探测，该光子电子多模探测装置适用于原位研究超快微纳加工过程及微纳光电器件载流子动态过程。
[0020]2、本专利技术的一种四维高时空分辨超快光子电子多模探测装置通过泵浦探测装置，可以对样品进行微纳结构加工或改性，进行原位测量加工或改性超快载流子动力学研究。飞秒激光器为该装置提供泵浦激光，探测可采用光子/电子多模探测方式，飞秒激光器与改进扫描电子显微镜有机结合为该装置提供电子模式探测，飞秒激光器与CCD有机结合为该装置提供光子模式探测。
[0021]3、本专利技术的一种四维高时空分辨超快光子电子多模探测装置通过泵浦探测装置，可适用于单个CCD每次一帧测量超快图像，也适用于多个CCD每次多帧测量超快连续图像。将通过一个CCD的激光偏振分光后，连接若干个CCD，从而实现每次多帧成像的超快连续成像功能，大大拓展了系统的观测能力，实现了高精度高连续性的探测功能，提高了可靠性和稳定性。
[0022]4、本专利技术的一种四维高时空分辨超快光子电子多模探测装置。可以实时直观观测微纳结构中载流子的运动过程，解决了载流子在哪里产生，激子在哪里复合等技术难题，为提高光电器件效率提供有效依据。
[0023]5、本专利技术性质稳定、环境友好、精度高。
附图说明
[0024]图1是用于四维高时空分辨超快光子电子多模探测装置的示意图；
[0025]图2是四维高时空分辨超快光子电子多模探测装置的原理图。
[0026]其中，1—飞秒激光发生器、2—倍频发生器、3—第一分束镜、4—时间延迟平台、5—第二分束镜、6—改进扫描电子显微镜、7—倍频模块、8—合束器、9—样品、10—电子探测器、11—第一分光镜、12—第二分光镜、13—第三分光镜、14—第一CCD、15—第二CCD、16—第三CCD，17—泵浦光脉冲、18—电子脉冲、19—探测光脉冲。
具体实施方式
[0027]下面将参考附图并结合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种四维高时空分辨超快光子电子多模探测装置，其特征在于：通过泵浦探测技术，将聚焦的飞秒至皮秒尺度的光子精准聚焦到微纳尺度样品，通过超快扫描电镜及CCD有机结合探测；通过超快激光激发冷却灯丝形成超快电子束进行观测；通过超快激光照射CCD进行观测，因此能够同时实现超快电子和超快光子的多模探测；还可调控探测电子，使其与光子共同作用样品，从而实现电子与光子协同作用过程的多模超快观测。2.如权利要求1所述的四维高时空分辨超快光子电子多模探测装置，其特征在于：所述光子电子多模探测装置适用于原位研究超快微纳加工过程及微纳光电器件载流子动态过程。3.如权利要求1所述的四维高时空分辨超快光子电子多模探测装置，其特征在于：包括：飞秒激光发生器、倍频发生器、分束镜、时间延迟平台、分束镜、改进扫描电子显微镜、倍频模块、合束器、样品、电子探测器、分光镜和CCD；将高功率飞秒激光器的基本输出经过倍频发生器进入第一分光镜后，输出两束脉冲激光；第一束脉冲激光通过时间延时平台后，再通过第二分束镜，分出第一束激光经过高温窗口精准聚焦到改进扫描电子显微镜冷却的S...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜澜，孙靖雅，郭宝山，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：