Диссертация (1149960), страница 6
Текст из файла (страница 6)
2.1. Источником света является импульсный титан-сапфирововый лазер. Прибор способен работать в фемтосекундном и пикосекундном режимах (то есть, длительность импульсов составляет около 150 фс или 2 пс, соответственно). Для экспериментов в этой работе использовался фемтосекундный режим с длиной импульса 150 фс, при котором спектр имеет ширину 30 мэВ (приблизительно 14 нмдля длины волны 800 нм), что позволяет возбуждать сразу несколько экситонных состояний или изменять длину волны возбуждения в пределах шириныспектра. Частота следования импульсов лазера составляла 76 МГц, максимальная выходная мощность — примерно 2 Вт.Выходящий из лазера пучок с линейной поляризацией разделяется на два- накачивающий и зондирующий.
Накачивающий пучок проходит через линиюзадержки с ретрорефлектором длиной 1.5 м, что позволяет получать задержки между приходом накачивающего и зондирующего импульсов до 10 нс (что26достаточно для исследования динамики экситонных систем, время жизни которых обычно измеряется пикосекундами).Затем пучок накачки пропускается через акусто-оптический фильтр, позволяющий получать свет со спектральной шириной около 0.1 мэВ. При этомвозможна регулировка мощности выходящего пучка в широких пределах. Вустройстве используется объемная фазовая синусоидальная дифракционная решетка, созданная в кристалле диоксиде теллура ультразвуковой волной. Приэтом происходит дифракция только в нулевой и первый порядки решетки.
Длину волны дифрагированного пучка возможно регулировать, изменяя частотуультразвуковой волны в кристалле, а мощность пучка — изменяя мощностьэтой волны (см. [43]).Далее пучок накачки проходит через поляризационную призму и пластинку /4 для получения циркулярной поляризации и фокусируется на образец подуглом, близким к прямому.Зондирующий пучок пропускается через систему подстройки мощности,поляризатор и с помощью линзы фокусируется на образец под углом около10∘ , отраженный луч проходит через ту же линзу, поворачивающую систему изпризм (для сохранения поляризации) и простой эллипсометр, состоявший издвух ахроматических (в диапазоне 650-1050 нм) пластинок, четвертьволновойи полуволновой, и поляризатора. Такой эллипсометр позволяет определять трикомпоненты вектора Стокса (1 , 2 и 3 ) при измерении интенсивности светапосле эллипсометра для шести его состояний.
Осуществляется это следующимобразом: систему из таких двух поляризационных пластинок и поляризатораповоротом пластинок можно настроить для полного пропускания через себятолько одной компоненты поляризованного света (вертикально, горизонтально,диагонально, антидиагонально, право- или левополяризованной). Пусть, например, ось поляризатора всегда установлена вертикально, а пластинки поставлены в порядке, как на рис.
2.1. Тогда для полного пропускания вертикальнойлинейной поляризации оптические оси обеих пластинок должны быть выставлены тоже вертикально: пластинки не будут изменять состояние поляризации,а поляризатор будет полностью пропускать весь свет.
Для прохождения горизонтальной поляризации ось пластинки /4 остается вертикальной, а ось /2нужно наклонить под 45∘ . Таким образом будут получены шесть интенсивно-27стей света для различных поляризаций. После этого три компоненты вектораСтокса, нормированные на суммарную интенсивность, вычисляются из них поформулам [44]: = ( − )/( + ),(2.1)где , — интенсивность компонент света, поляризованных вдоль горизонтальной ( = ) и вертикальной ( = ) осей, диагональных (повернутых на /4)осей: = , = , и циркулярно поляризованных компонент: = + , = − .Таким образом, 1 ≡ , 2 ≡ и 3 ≡ + − .После эллипсометра зондирующий пучок направляется в 0.5-м спектрометр c охлаждаемым жидким азотом ПЗС-детектором.
Использование спектрометра позволяет получать спектры сигнала для различных поляризаций. Спомощью ПЗС-матрицы можно снимать весь спектр сразу, причем благодаряохлаждению детектора значительно увеличивается отношение сигнал-шум. Если детектор с ПЗС-матрицей недостаточно чувствителен, имелась возможностьвыводить свет из спектрометра через другое окно на любой другой детектор.Вместе с использованием линии задержки установка позволяет измерять динамику изменения спектров зондирующего пучка в различных поляризациях.Исследуемый образец помещается в криостат замкнутого цикла при минимальной температуре 4.2 К.
Хотя эксперименты в этой работе проводилисьв геометрии отражения, имеется также возможность изучать свет, проходящийчерез образец.Управление установкой осуществляется с помощью программы наLabView.2.2Методика накачка-зондирование с использованием большихмагнитных полей и независимой фильтрацией длин волннакачивающего и зондирующего пучковДанная установка накачки-зондирования отличается использованиемкриостата со встроенными сверхпроводящими катушками, генерирующими магнитное поле до 10 Тл, и независимой фильтрацией длин волн накачивающего и28зондирующего пучков с компенсацией дисперсии. Кроме того, имеется возможность прореживать импульсы лазера, увеличивая задержку между соседнимиимпульсами, что позволяет изучать процессы длительностью больше 10 нс.Схема установки показана на рис.
2.2. Источником излучения являетсяимпульсный фемтосекундный титан-сапфировый лазер (длительность импульса 100 фс, спектр имеет ширину 20 мэВ). Частота следования импульсов лазерасоставляла 76 МГц, максимальная выходная мощность — примерно 390 мВт.Поскольку для изучаемых на этой установке систем часто характерно долгое время жизни (больше 10 нс), то стандартная частота повтора импульсовтитан-сапфирового лазера (75 − 80 МГц, 12 − 13 нс между импульсами) слишком велика и может приводить к накоплению возбуждения в образце и сигналамежду импульсами.
Поэтому в установке используется селектор импульсов, состоящий из акусто-оптического модулятора (см.[43]) и призменной системы дляустранения дисперсии, внесенной модулятором в пучок. Акусто-оптический модулятор синхронизован с частотой повторения импульсов лазера, но пропускаеттолько один импульс из ряда в зависимости от настройки (например, каждыйвторой, четвертый или десятый). После селектора импульсов излучение разделяется на лучи накачки и зондирования.Пучок накачки проходит через линию задержки, позволяющую увеличивать задержку между импульсами накачки и зондирования вплоть до 6 нс.Затем каждый пучок проходит через линию фильтрации с компенсацией дисперсии. Каждая такая линия состоит из двух одинаковых дифракционных решеток, двух одинаковых внеосевых параболических зеркал и щели.
Щель расположена от зеркал на одинаковом расстоянии, на оси параболы с центром вее фокусе. Таким образом, все лучи, параллельные оси параболы, фокусируются в центре щели, а лучи, идущие под небольшими углами, на щели на малыхрасстояниях от ее центра. Лазерные пучки сначала падают на дифракционнуюрешетку, разлагаются в спектр, причем разные длины волн распространяются под разными углами, далее свет падает на параболическое зеркало, котороефокусирует разные длины волн в разные точки щели. С помощью щели производится выбор необходимого диапазона длин волн, этот свет вторым зеркаломобращается в сходящиеся параллельные пучки, которые падают в одну областьна второй дифракционной решетке. Вторая решетка ориентирована таким об-29разом (симметрично первой относительно оси параболических зеркал), что собирает эти пучки снова в один, который и используется в эксперименте. Этотпучок обладает более узким спектром, но так же состоит из импульсов.
Приполностью открытой щели и хорошей настройке импульсы света проходят такую систему практически без изменений. Характерная ширина спектра послефильтрации на такой линии при щелях в несколько микрометров составляет1.5 мэВ, это соответствует длительности импульса 1 пс.Далее пучок накачки проходит через фотоупругий модулятор, которыймодулирует поляризацию излучения от левополяризованного до правополяризованного на частоте около 50 кГц (у прибора есть выход с сигналом реальной частоты модуляции). Такое устройство работает как переменная волноваяпластинка: прозрачная пластина из плавленого кварца колеблется на своей резонансной частоте в перпендикулярном пучку света направлении, в результатесжатий и растяжений в ней возникает фотоупругий эффект, который заключается в возникновении двулучепреломления, при этом осью является направление колебаний.
Изменяя интенсивность колебаний, можно изменять разницупоказателей преломления, и, таким образом, тип получающейся переменнойволновой пластинки. В данной установке модулятор переходит между режимами пластинок −/4 и +/4. Таким образом, поляризация на выходе меняется отправополяризованной до левополяризованной, проходя через линейную. Этотрежим накачки создает модуляцию сигнала на высокой частоте, что улучшаетотношение сигнал/шум, а также позволяет избавиться от возможного накопления в образце оптически индуцированной намагниченности.После этого оба пучка пропускаются через оптический прерыватель с диском на две частоты. В таком диске есть две ряда окон, пропускающих свет,внешний и внутренний.
Во внешнем ряду 7 окон, во внутреннем — 5. Такимобразом, частоты модуляции пучков, проходящих через внутренний и внешнийряды окон, соотносятся как 5:7. С помощью прибора можно регулировать частоту вращения диска, измерять частоты модуляции пучков, и направлять синхронизующие сигналы с этими частотами (а также суммарной и разностной)на синхронный детектор.В зондирующий пучок также установлены поляризатор и пластинка /2для подстройки мощности и угла наклона линейной поляризации.30Оба пучка фокусируются на образец в криостате с помощью ахромата дляимпульсных лазеров ( = 210 мм) в пятно диаметром около 100 мкм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
