[發明專利]二維分辨掃描成像紅外調制光致發光光譜測試裝置及方法

有效

• 申請號: 201410120925.X
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN103913439A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 邵軍;陳熙仁
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域：

本發明涉及一種紅外調制光致發光光譜實驗裝置和測試方法。具體涉及一種二維分辨掃描成像紅外調制光致發光光譜測試裝置及方法，其主要是基于步進掃描傅立葉變換紅外光譜儀與相敏檢測技術相融合的工作模式，結合等距強聚焦、激發光方向與強度長時間穩定控制、共軸可見激發與紅外探測等技術，實現二維空間分辨與掃描成像紅外調制PL光譜實驗裝置和測試方法，可用于對大面陣紅外探測器材料平面內空間分辨與掃描成像光致發光光譜測試，從而對決定光致發光性能的材料參數（如合金組份、雜質與缺陷分布、輻射與非輻射復合占比）均勻度進行表征。

背景技術：

光致發光（也稱光熒光，英文Photoluminescence，縮寫PL）光譜作為半導體材料無損檢測的經典而又非常有效手段，廣泛應用于III-V族等寬禁帶半導體和碳納米管等納米材料的光學性質研究，不但能揭示材料帶隙、帶邊態等電子能帶結構方面的信息，還能用于研究雜質、深能級缺陷等，極大地增進了對相關材料光電特性和物理過程的認識。針對二維空間分辨和平面成像的實際需求，基于單色分光和線列或面陣探測器的微區和成像PL光譜技術得到快速發展，在材料空間禁帶能量差異、雜質與缺陷分布、輻射與非輻射復合機理、光電器件生產等方面取得重要應用。

但是在4～20μm中長波紅外波段，由于單色儀自身根本性局限和室溫背景輻射的強干擾效應，即便單點PL測試也存在嚴重困難。為了克服這一困難，國際上曾發展了基于快速掃描傅里葉變換紅外（Fourier?transform?infrared,FTIR）光譜儀的雙調制PL光譜方法，但是受制于傅立葉變換頻率與激發光調制頻率難于截然分開的機理局限，光譜探測靈敏度、分辨率、信噪比與測試速度均難以得到提高，一般長達數小時的測試也難以獲得信噪比足以保證定量分析需要的單點PL光譜，二維空間分辨和成像PL光譜測試更是無從談起。

針對已有PL光譜技術在紅外波段所面臨的嚴重局限，我們公開一種二維空間分辨與掃描成像紅外調制PL光譜實驗裝置和測試方法。具體地，基于步進掃描FTIR光譜儀與相敏檢測相融合的工作模式，借助于等距強聚焦、激發光方向與強度長時間穩定控制、共軸可見激發與大收集角紅外探測等技術，顯著提升單譜測試速度和信噪比，實現二維空間分辨與掃描成像紅外調制PL光譜實驗裝置和測試方法，可為中、遠紅外大面陣探測器材料表征和性能優化提供關鍵技術信息。

發明內容：

本發明是基于步進掃描FTIR光譜儀與相敏檢測相融合的工作模式實現二維空間分辨與掃描成像紅外調制PL光譜實驗裝置和測試方法，非常適用于大面積紅外探測器面陣材料的平面內均勻性檢測。

建立基于FTIR光譜儀的二維空間分辨與掃描成像紅外調制PL光譜實驗裝置的關鍵技術主要包括：光路設計與優化設置、激發光長時穩定控制、共軸等距強聚焦可見激發與紅外探測、高靈敏紅外探測與低噪聲前置放大、五維精細調節與復位機械平臺、電信號的耦合傳輸與系統組件時域整步等。該裝置主要部件包括：

FTIR光譜系統，其具有步進掃描FTIR光譜儀和用于實現控制及光譜處理的控制臺計算機，該光譜儀包括光干涉部件、探測器、電路控制板和波段限制器；

調制與解調檢測系統，包含機械斬波器和鎖相放大器，機械斬波器由機械斬波輪、斬波控制器組成；

泵浦光與信號收集系統，包括激光器、激光聚焦、共軸紅外信號收集系統；

樣品定位系統，包括大負重微米級五軸機械調節與復位架、安裝于五軸調節架上的光學杜瓦、杜瓦內的待測樣品和用于控制五軸調節架各軸之間獨立工作的控制器；

平行校正系統，包括分束器、光闌和激光定位單元。

所述的FTIR光譜儀應具備步進掃描工作模式，可以但不限于Bruker?Vertex80型FTIR光譜儀。必須理解，此處涉及具體FTIR光譜儀廠家和型號僅僅為了后續描述方便，而非限制本專利權利保護范圍，實際上只要是具備步進掃描工作模式的FTIR光譜儀，就可以用于實施本發明專利。

所述機械斬波器可以但不限于Stanford?SR540型機械斬波器。需要理解，此處涉及具體斬波器廠家和型號僅僅為了便于后續描述，而非限制本專利權利保護范圍，實際上只要能夠實現對激光施加音頻范圍內周期性幅度調制并輸出調制頻率作為解調參考信號，就可以用于實施本發明專利。