[發(fā)明專利]一種基于自由電子激發(fā)和光電探測的相干近場檢測系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011177247.2
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112485229B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設計）人: 胡旻;許星星;張倬鋮;張曉秋艷;張?zhí)煊?/a>;王月瑩;常少杰;肖豐;鐘任斌;吳振華;劉盛綱
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01N21/62
• 分類號: G01N21/62;G01R29/08
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 鄧黎

1.一種基于自由電子激發(fā)和光電探測的相干近場探測系統(tǒng)，包括飛秒激光源、光陰極、光導天線、延遲光路；

所述飛秒激光源用于產(chǎn)生飛秒激光，飛秒激光通過分束器分為兩束；其中一束飛秒激光激勵光陰極產(chǎn)生脈沖電子束，該脈沖電子束用于周期性激發(fā)待測材料的表面波；另一束飛秒激光用于激勵光導天線的基底產(chǎn)生周期性超快載流子，起到采集開關的作用；

所述光導天線包括基底、以及設置于基底上的兩個金屬電極；若待測材料為二維材料，則將二維材料放置于兩個金屬電極上；若待測材料為金屬光柵，則將其中相鄰兩金屬光柵作為金屬電極；所述光導天線后端依次連接電流放大器、鎖相放大器；

所述延遲光路，用于改變兩束飛秒激光的光程差，從而改變表面波被采集時的相位，使得能夠采集到完整的太赫茲時域信號。

2.如權利要求1所述一種基于自由電子激發(fā)和光電探測的相干近場探測系統(tǒng)，其特征在于，所述二維材料為厚度小于1um且具有不同太赫茲響應的材料。

3.如權利要求2所述一種基于自由電子激發(fā)和光電探測的相干近場探測系統(tǒng)，其特征在于，若二維材料導電，則在金屬電極和待測二維材料之間放置薄膜絕緣層。

4.如權利要求3所述一種基于自由電子激發(fā)和光電探測的相干近場探測系統(tǒng)，其特征在于，所述薄膜絕緣層為100nm厚的二氧化硅薄膜。

5.如權利要求3所述一種基于自由電子激發(fā)和光電探測的相干近場探測系統(tǒng)，其特征在于，所述基底材料為低溫砷化鎵。

6.采用基于自由電子激發(fā)和光電探測的相干近場探測系統(tǒng)探測待測材料表面的近場信號的方法，包括以下步驟：

S1.同步：飛秒激光源產(chǎn)生的飛秒激光經(jīng)分束器分為兩束，分別用于激勵光陰極和光導天線，其中用于激勵光導天線的飛秒激光經(jīng)過延遲光路，使得脈沖電子束的發(fā)射與光導天線的光電采樣實現(xiàn)同步；

S2.激發(fā)：將飛秒激光照射在光陰極上，產(chǎn)生具有相同重復頻率的脈沖電子束，脈沖電子束以垂直于光導天線金屬電極的方向從待測材料表面掠過，在待測材料或是金屬光柵結構表面產(chǎn)生周期性表面波；同時照射光導天線的飛秒激光在半導體基底中產(chǎn)生能夠自由移動的載流子，實現(xiàn)兩金屬電極之間飛秒量級時間的導通；

S3.探測：移動延遲光路，改變兩束飛秒激光之間的光程差，使得光導天線在表面波的不同相位處實現(xiàn)導通，得到與每個相位電場幅值線性相關的電流值，且通過后續(xù)電流放大器和鎖相放大器提取得到該電流值，從而采集到近場的時域波形。