Спектроскопия фотолюминисценции пропускания и отражения

Экспериментальная установка, блок-схема которой показана на рисунке, позволяет измерять фотолюминесценцию при использовании для возбуждения образца излучения непрерывного или импульсного титан-сапфирового лазера, перестраиваемого по длине волны. Импульсный лазер может работать в пикосекундном или фемтосекундном режимах. Также возможно одновременное использование двух лазеров.

Схема экспериментальной установки по измерению фотолюминесценции. Tsunami Ti:S ps pulse — титан-сапфировый пикосекундный/фемтосекундный импульсный лазер; Ti:S — перестраиваемый по длине волны непрерывный титан-сапфировый лазер; Sprout и Millenia – мощные лазеры накачки для возбуждения титан-сапфировых лазеров; WLM — высокоточный измеритель длины волны, AOM — акусто-оптический модулятор; GTP — призмы Глана-Тейлора; λ/2 и λ/4 – фазовые пластинки; cryo — образец в криостате замкнутого цикла; Jobin Yvon iHR 550 + CCD — одинарный изображающий монохроматор с охлаждаемой ПЗС-матрицей.

Оптическая схема позволяет детектировать сигнал ФЛ в различных поляризациях при различных поляризациях возбуждающего излучения и, тем самым, возможно исследование различных поляризационных эффектов. Исследуемый образец охлаждается в криостате замкнутого цикла вплоть до температуры жидкого гелия. В криостате установлен нагреватель, что позволяет задавать и контролировать температуру образца в криостате в диапазоне 4 – 300 К. Акусто-оптический модулятор (АОМ) используется для амплитудной модуляции излучения непрерывного титан-сапфирового лазера. Это позволяет формировать импульсы различной длительности, начиная от долей микросекунд, и изучать переходные процессы. Кроме того, это дает возможность изучать нелинейные оптические процессы при мощном лазерном возбуждении без существенного нагрева образца. Для этого используется модуляция возбуждения с большой скважностью. Поскольку в прямозонных полупроводниках времена жизни носителей значительно меньше длительности таких импульсов, такое возбуждение можно считать непрерывным.

Общий вид экспериментальной установки для исследования спектров фотолюминес-ценции, пропускания и отражения.

Для регистрации фотолюминесценции используется спектрометр iHR-550 с охлаждаемым многоканальным фотоприемником (CCD). Спектрометр iHR-550 является однократным, поэтому для подавления рассеянного лазерного излучения при квазирезонансном возбуждении используется ряд мер. Исследуемый образец наклеивается на держатель с помощью индия, образующего со стороны подложки образца хорошую зеркальную поверхность. Падающий лазерный свет частично отражается от передней поверхности образца, частично поглощается и частично отражается от задней поверхности образца. Все отраженные пучки являются узконаправленными и могут быть блокированы диафрагмами. Это позволяет измерять спектры люминесценции даже при возбуждении близлежащего перехода между уровнями размерного квантования в образце с квантовой ямой. Использование индия для приклейки образца к держателю обеспечивает также хороший тепловой контакт, что позволяет проводить измерения фотолюминесценции в зависимости от плотности мощности возбуждения вплоть до величин в несколько десятков мВт при фокусировки излучения в пятно диаметром 40 мкм.
Эта же экспериментальная установка может быть использована для исследования спектров пропускания и отражения. В качестве источника света в этом случае используется галогенная лампа накаливания с маленьким рабочим телом.
Спектрометр iHR 550 c CCD-матрицей (слева) и криостат замкнутого цикла (справа)
Saint Petersburg State University. Spin Optics Laboratory. Site support: Evgeniy Khramtsov. (Click here to show e-mail adress)