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

來自Link?ping University的Ivan Ivanov教授團(tuán)隊利用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具有無干擾信號,、線寬窄、能效高,、尺寸小,、維護(hù)成本低、使用壽命長等特點(diǎn),，為實(shí)驗(yàn)提供了準(zhǔn)確性與靈活性,。

正文

近日,，來自Link?ping University的Ivan Ivanov教授團(tuán)隊利用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)室采購的型號349NX擁有349nm的激光波長和100mw的輸出功率。

Ivanov教授解釋,，他們采購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，由于激光的相干長度超過了100米,，這臺激光器也在其他應(yīng)用領(lǐng)域表現(xiàn)出色,。

該團(tuán)隊還強(qiáng)調(diào)了349NX與傳統(tǒng)氣體激光器相比的幾個優(yōu)勢。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。相比之下,，氣體激光器的發(fā)射包含多個等離子體線,，這些線可能會淹沒被測光譜，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，維護(hù)成本更低,。對比而言,，氣體激光器在發(fā)生故障時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)使用的二向色鏡對拉曼光譜測量來說并不是最適宜的，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)行的微型拉曼測量是可行的,。這需要一個調(diào)整后的光學(xué)裝置來適配349nm波長,。

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)。例如不需要對激光線進(jìn)行過濾,，因此整個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樣品測得了一個光譜,，如圖3所示,。正如前面提到的，349NX激光器不需要濾光,，這極大地簡化了實(shí)驗(yàn)設(shè)置,，其得到的光譜也沒有激光產(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)過濾的氬離子激光器在351nm處會產(chǎn)生大量等離子體線,，淹沒原始光譜,。

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,，啟動時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,。349NX光譜純凈，不像氬離子激光器那樣存在雜散光譜,，無需額外的濾光單色儀,。激光器的功率預(yù)計在壽命內(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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