使用349NX激光器進(jìn)行SiC的拉曼光譜和光致發(fā)光實(shí)驗(yàn)

介紹

來(lái)自Link?ping University的Ivan Ivanov教授團(tuán)隊(duì)利用Skylark的349NX激光器成功替代了實(shí)驗(yàn)室中的陳舊氬離子氣體激光器，在4H-SiC和6H-SiC材料的光致發(fā)光以及拉曼光譜實(shí)驗(yàn)中獲得了清晰的結(jié)果。349NX具有無(wú)干擾信號(hào)、線寬窄、能效高、尺寸小、維護(hù)成本低、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，為實(shí)驗(yàn)提供了準(zhǔn)確性與靈活性。

正文

近日，來(lái)自Link?ping University的Ivan Ivanov教授團(tuán)隊(duì)利用Skylark的349NX激光器成功替代了實(shí)驗(yàn)室中的陳舊氬離子氣體激光器，在4H-SiC和6H-SiC材料的光致發(fā)光以及拉曼光譜實(shí)驗(yàn)中獲得了清晰的結(jié)果。英國(guó)Skylark公司致力于單頻激光器的研發(fā)，而這次實(shí)驗(yàn)室采購(gòu)的型號(hào)349NX擁有349nm的激光波長(zhǎng)和100mw的輸出功率。

Ivanov教授解釋，他們采購(gòu)這款激光器是為了替代實(shí)驗(yàn)室中使用的陳舊氬離子激光器，因?yàn)楹笳咭呀?jīng)無(wú)法滿足目前實(shí)驗(yàn)的功率要求。該激光器的引入將為團(tuán)隊(duì)在SiC材料的帶隙激發(fā)方面提供更為可靠和高效的工具。此外，349nm激光（3.55 eV）也被證明是替代351nm氬離子激光器的理想選擇。

雖然單頻激光器在光致發(fā)光方面并非必需，但在拉曼光譜的研究中，其極窄的線寬或成為至關(guān)重要的因素。Ivanov教授解釋，拉曼光譜需要激發(fā)激光的線寬小于0.1 ?，而這款349NX激光器的線寬為500 kHz，對(duì)應(yīng)于349 nm處的2×10-6 ?，這大大滿足了實(shí)驗(yàn)的要求。同時(shí)，由于激光的相干長(zhǎng)度超過(guò)了100米，這臺(tái)激光器也在其他應(yīng)用領(lǐng)域表現(xiàn)出色。

該團(tuán)隊(duì)還強(qiáng)調(diào)了349NX與傳統(tǒng)氣體激光器相比的幾個(gè)優(yōu)勢(shì)。首先，349NX激光器的發(fā)射在光譜上非常純凈，僅在激光線附近可能存在微弱的擾動(dòng)。相比之下，氣體激光器的發(fā)射包含多個(gè)等離子體線，這些線可能會(huì)淹沒(méi)被測(cè)光譜，從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。其次，該激光器的工作效率遠(yuǎn)高于氣體激光器，將激光輸出的光功率與輸入的電功率相除，349NX的表現(xiàn)更為出色。這也使得實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)更加緊湊，冷卻要求更為寬松，提高了設(shè)備的便攜性。最后，Ivanov教授指出，激光器的穩(wěn)定性和均方根參數(shù)與氣體激光器相當(dāng)，但激光器的使用壽命更長(zhǎng)，維護(hù)成本更低。對(duì)比而言，氣體激光器在發(fā)生故障時(shí)往往需要更換昂貴的激光管，而激光器只需更換泵浦二極管或倍頻晶體，維修成本也更為低廉。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

Ivan Ivanov教授進(jìn)行的第1次測(cè)試是使用349nm激光束替換自制微型拉曼系統(tǒng)中的532nm激光束。雖然分束器等光學(xué)元件將物鏡入瞳處的光功率降低至< 2 mW，使用Skylark 349NX，他們?nèi)匀猾@取了4H-SiC和6H-SiC的清晰拉曼光譜，包括二階拉曼譜帶，如圖1所示。

圖1 使用349NX激光器獲得的4H-SiC和6H-SiC的拉曼光譜

因?yàn)閷?shí)驗(yàn)使用的二向色鏡對(duì)拉曼光譜測(cè)量來(lái)說(shuō)并不是最適宜的，所以低于~520 cm-1的光譜線被削減。然而，通過(guò)使用適應(yīng)于349nm的光學(xué)系統(tǒng)，利用349NX所進(jìn)行的微型拉曼測(cè)量是可行的。這需要一個(gè)調(diào)整后的光學(xué)裝置來(lái)適配349nm波長(zhǎng)。

使用配備GaAs光電倍增管和光柵的雙單色儀重復(fù)4H-SiC和6H-SiC上的拉曼光譜測(cè)量，得到的光譜如圖2所示。除了該系統(tǒng)提供的更高分辨率之外，使用349NX的實(shí)驗(yàn)還具有其他優(yōu)點(diǎn)。例如不需要對(duì)激光線進(jìn)行過(guò)濾，因此整個(gè)激光功率可用于激發(fā)光譜，并且實(shí)驗(yàn)設(shè)置比使用濾光單色儀更簡(jiǎn)單、更靈活。

圖2 使用雙單色儀獲得的4H-SiC和6H-SiC的拉曼光譜

正如預(yù)期的那樣，在>155 cm-1區(qū)域的光譜沒(méi)有偽影。然而，在<155 cm-1的區(qū)域，可以看到一些微弱的譜線。這些譜線不是源自樣品，而是由激光引起的，用星號(hào)標(biāo)記。這些譜線的強(qiáng)度隨著與特征距離偏移的距離縮短而增強(qiáng)。然而，在低于~150 cm-1的范圍內(nèi)，這些偽影的強(qiáng)度比氣體激光器激光線附近的等離子線也要低得多。

教授利用一塊4H-SiC樣品測(cè)得了一個(gè)光譜，如圖3所示。正如前面提到的，349NX激光器不需要濾光，這極大地簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)設(shè)置，其得到的光譜也沒(méi)有激光產(chǎn)生的偽影，只包含樣品中有用的線，這是激光純凈性的結(jié)果。相比之下，未經(jīng)過(guò)濾的氬離子激光器在351nm處會(huì)產(chǎn)生大量等離子體線，淹沒(méi)原始光譜。

圖3 使用349NX激光器獲得的4H-SiC在AB線區(qū)域（640 - 760 nm）的光致發(fā)光譜。

Skylark 349 NX激光器易于使用，啟動(dòng)時(shí)間與氬離子激光器相當(dāng)，激光束的形狀也近似呈高斯分布，是一種出色的拉曼光譜與光致發(fā)光激發(fā)光源。其與氬激光器相比仍然具有一些優(yōu)勢(shì)。349NX光譜純凈，不像氬離子激光器那樣存在雜散光譜，無(wú)需額外的濾光單色儀。激光器的功率預(yù)計(jì)在壽命內(nèi)能保持恒定，小巧輕便，可以在實(shí)驗(yàn)室之間輕松攜帶，為實(shí)驗(yàn)提供了額外的靈活性。

除此之外，Skylark也推出了320nm窄線寬紫外連續(xù)激光器，輸出功率可達(dá)200 mW，線寬<0.5 MHz，相干距離>100 m。上海昊量光電可為您提供專業(yè)的選型以及技術(shù)服務(wù)。

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