本发明专利技术涉及一种基于石墨烯异质结的半导体材料激子共振吸收的调制系统，属于超快激光泵浦探测领域。本发明专利技术调制系统包括光源系统、差分系统和调制探测系统；光源系统包括二极管激光器、钛宝石激光器、光学参量放大器、第一光学器件(1)、第三光学器件(3)和第四光学器件(4)，差分系统包括位移平台、斩波器、锁相放大器和第二光学器件(2)，调制探测系统包括异质结样品、显微物镜、相机、第五光学器件(5)、第六光学器件(6)。本发明专利技术实现了对二维半导体材料激子共振吸收的调制；同时，由于采用非接触的光学探测手段，因此保证了样品的完整性和测试结果的准确性，能够在保证样品不受损坏的前提条件下，反复进行探测。反复进行探测。反复进行探测。
【技术实现步骤摘要】
基于石墨烯异质结的半导体材料激子共振吸收的调制系统
[0001]本专利技术属于超快激光泵浦探测领域，具体涉及一种基于石墨烯异质结的半导体材料激子共振吸收的调制系统。
技术介绍
[0002]从2012年开始，就出现大量的石墨烯和一种多层的过渡金属二硫化物组成的范德瓦尔斯异质结的研究成果。随着范德瓦尔斯异质结在光电子材料与器件当中越来越多的被应用，为了追逐更加优良的器件性能，人们已经不仅仅局限于通过尝试新的二维材料去探寻新的器件特性，直接对于二维材料及其异质结本身的光电子性能调制，逐渐引起了人们注意。层与层之间的电子态的耦合则为二维材料及其异质结本身的光电子性能调制提供了理论基础，对于逻辑器件和调制器也至关重要。在太阳能光伏领域，过渡金属二硫化物已经被证明可以被作为吸收层来实现一定的光电转化效率。
[0003]基于超快激光的泵浦探测系统因为其超高的时间分辨率以及空间分辨率被广泛的应用于二维半导体材料的光学性质研究当中，与此同时，超快激光的泵浦探测系统具有很强的灵活性，可以应对不同应用场景对不同激光波长、功率以及光路可变性的需求，具有作为二维半导体材料激子共振吸收的有效调制手段的潜力。
技术实现思路
[0004](一)要解决的技术问题
[0005]本专利技术要解决的技术问题是如何提供一种基于石墨烯异质结的半导体材料激子共振吸收的调制系统，以解决目前缺乏基于超快激光的泵浦探测系统对二维半导体材料激子共振吸收调制的问题。
[0006](二)技术方案
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种基于石墨烯异质结的半导体材料激子共振吸收的调制系统，该调制系统包括光源系统、差分系统和调制探测系统；光源系统包括二极管激光器、钛宝石激光器、光学参量放大器、第一光学器件(1)、第三光学器件(3)和第四光学器件(4)，差分系统包括位移平台、斩波器、锁相放大器和第二光学器件(2)，调制探测系统包括异质结样品、显微物镜、相机、第五光学器件(5)、第六光学器件(6)、第七光学器件(7)、第八光学器件(8)、第九光学器件(9)和光学探测器；其中，
[0008]二极管激光器连接钛宝石激光器，二极管激光器用于激发钛宝石激光器，钛宝石激光器持续输出脉冲激光；钛宝石激光器连接第一光学器件(1)，第一光学器件(1)将脉冲激光分为两束光，一束作为调制激光，通过第三光学器件(3)和第四光学器件(4)传输至第五光学器件(5)，用于激发石墨烯材料，另一束作为探测激光，被引入光学参量放大器，光学参量放大器的输出光输出至位移平台，将被用于激发与石墨烯组成异质结样品的二维半导体材料；
[0009]探测激光被引入位移平台，位移平台的输出光通过第二光学器件(2)传输至斩波
器，斩波器的输出连接至第七光学器件(7)，同时，斩波器连接锁相放大器；其中，位移平台用于改变探测激光和调制激光到达异质结样品表面的时间，从而形成比调制激光早或者晚到达样品表面的情况，所形成的时间差被用于时间解析信号的衰减过程；探测激光被斩波器以一定频率斩断，同时，斩波器与锁相放大器相连，用于信号的捕捉和放大；
[0010]调制激光通过第五光学器件(5)，被引入显微物镜，显微物镜的焦点位于异质结样品表面，调制激光被聚焦于样品表面，仅用于激发石墨烯；同时，探测激光通过第七光学器件(7)反射后，穿过第六光学器件(6)、第五光学器件(5)被引入显微物镜，探测激光将被显微物镜聚焦于异质结样品表面，仅用于激发二维半导体材料；然后，经过异质结样品吸收反射的探测激光通过第五光学器件(5)、第六光学器件(6)、第七光学器件(7)以及第八光学器件(8)，到达光电探测器，形成电信号送入锁相放大器；同时，经过异质结样品吸收反射的探测激光通过第五光学器件(5)、第六光学器件(6)以及第九光学器件(9)到达相机，相机用于观察异质结样品的位置。
[0011]进一步地，所述第一光学器件(1)、第五光学器件(5)、第六光学器件(6)、第七光学器件(7)为半透半反镜，所述第二光学器件(2)、第三光学器件(3)、第四光学器件(4)、第九光学器件(9)为反射镜，第八光学器件(8)为滤波片。
[0012]进一步地，钛宝石激光器产生的激光为650nm到950nm范围内的脉冲激光，钛宝石激光器产生飞秒级别的脉冲激光，利用了钛宝石激光器产生的飞秒级别的脉冲激光，在激发石墨烯以改变二维半导体材料周围的介电环境的同时，引入探测激光，以实现对二维半导体材料的激子共振吸收的调制结果探测。
[0013]进一步地，钛宝石激光器通过模式锁定，输出的两束脉冲激光之间的时间间隔约为13纳秒。
[0014]进一步地，所述二维半导体材料的激子共振吸收为A激子共振吸收；调制激光的光子能量应小于二维半导体材料的A激子共振吸收能量，而探测激光的光子能量应等于二维半导体材料的A激子共振吸收能量，且二者之间的波长差距应大于30纳米。
[0015]进一步地，光学参量放大器的输出激光波长应与二维半导体材料的A激子共振吸收波长一致。
[0016]进一步地，斩波器的截断频率应与锁相放大器的设置频率相同，范围是2000
‑
3000Hz。
[0017]进一步地，位移平台为机械位移平台，通过引入机械位移平台，探测激光的光程会随着机械位移平台的移动而发生连续的改变，从而实现对二维半导体材料A激子共振吸收信号的时间分辨探测。
[0018]进一步地，调制激光和探测激光均通过显微物镜垂直汇聚在异质结样品表面。
[0019]进一步地，第八光学器件(8)为滤波片，滤波片的作用是过滤调制激光，使得光电探测器只接收探测激光。
[0020](三)有益效果
[0021]本专利技术提出一种基于石墨烯异质结的半导体材料激子共振吸收的调制系统，本专利技术的有益效果：
[0022]本专利技术为经过实验验证，总结出的一种行之有效的半导体材料激子共振吸收的调制系统。适用于二维尺度的半导体材料，通过超快激光激发与二维半导体材料相邻的石墨
烯，从而改变了二维半导体材料周围的介电环境，实现了对二维半导体材料激子共振吸收的调制；同时，由于采用非接触的光学探测手段，因此保证了样品的完整性和测试结果的准确性，能够在保证样品不受损坏的前提条件下，反复进行探测。
附图说明
[0023]图1为本专利技术基于石墨烯异质结的半导体材料激子共振吸收的调制系统示意图。
[0024]其中，光学器件1、5、6、7为半透半反镜，2、3、4、9为反射镜，8为滤波片。
具体实施方式
[0025]为使本专利技术的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。
[0026]本专利技术涉及超快激光泵浦探测领域，尤其是二维半导体材料光学微观探测领域，以及二维纳米材料光学性能调制领域。
[0027]基于上述问题，本专利技术意在设计一种基于石墨烯异质结的半导体材料激子共振吸收的调制系统；
[0028]该调制系统包括光源系统、差分系统和调制本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯异质结的半导体材料激子共振吸收的调制系统，其特征在于，该调制系统包括光源系统、差分系统和调制探测系统；光源系统包括二极管激光器、钛宝石激光器、光学参量放大器、第一光学器件(1)、第三光学器件(3)和第四光学器件(4)，差分系统包括位移平台、斩波器、锁相放大器和第二光学器件(2)，调制探测系统包括异质结样品、显微物镜、相机、第五光学器件(5)、第六光学器件(6)、第七光学器件(7)、第八光学器件(8)、第九光学器件(9)和光学探测器；其中，二极管激光器连接钛宝石激光器，二极管激光器用于激发钛宝石激光器，钛宝石激光器持续输出脉冲激光；钛宝石激光器连接第一光学器件(1)，第一光学器件(1)将脉冲激光分为两束光，一束作为调制激光，通过第三光学器件(3)和第四光学器件(4)传输至第五光学器件(5)，用于激发石墨烯材料，另一束作为探测激光，被引入光学参量放大器，光学参量放大器的输出光输出至位移平台，将被用于激发与石墨烯组成异质结样品的二维半导体材料；探测激光被引入位移平台，位移平台的输出光通过第二光学器件(2)传输至斩波器，斩波器的输出连接至第七光学器件(7)，同时，斩波器连接锁相放大器；其中，位移平台用于改变探测激光和调制激光到达异质结样品表面的时间，从而形成比调制激光早或者晚到达样品表面的情况，所形成的时间差被用于时间解析信号的衰减过程；探测激光被斩波器以一定频率斩断，同时，斩波器与锁相放大器相连，用于信号的捕捉和放大；调制激光通过第五光学器件(5)，被引入显微物镜，显微物镜的焦点位于异质结样品表面，调制激光被聚焦于样品表面，仅用于激发石墨烯；同时，探测激光通过第七光学器件(7)反射后，穿过第六光学器件(6)、第五光学器件(5)被引入显微物镜，探测激光将被显微物镜聚焦于异质结样品表面，仅用于激发二维半导体材料；然后，经过异质结样品吸收反射的探测激光通过第五光学器件(5)、第六光学器件(6)、第七光学器件(7)以及第八光学器件(8)，到达光电探测器，形成电信号送入锁相放大器；同时，经过异质结样品吸收反射的探测激光通过第五光学器件(5)、第六光学器件(6)以及第九光学器件(9)到达相机，相机用于观察异质结样品的位置。2.如权利要求1所述的基于石墨烯异质结的半导体材料激子共振吸收的调制系统，其特征在于，所述第一...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚鹏，刘宴伶，任建新，高彤，王浩枫，
申请(专利权)人：北京计算机技术及应用研究所，
类型：发明
国别省市：
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