本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料光學(xué)性質(zhì)，特別涉及一種半導(dǎo)體材料調(diào)制光譜的方法及光路系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、超連續(xù)激光照射半導(dǎo)體材料表面時，激光的光子與半導(dǎo)體中的電子發(fā)生相互作用，如果激光的能量足夠高，可以克服半導(dǎo)體的帶隙能量，使電子從價帶躍遷到導(dǎo)帶。在躍遷過程中，電子吸收光子的能量，并釋放出與躍遷相對應(yīng)的光子，形成光譜。

2、不同波長激光器發(fā)出的光束照射到半導(dǎo)體材料上，當(dāng)激光能量高于一般半導(dǎo)體材料的帶隙能量時，電子會吸收光子能量從價帶躍遷至導(dǎo)帶，從而產(chǎn)生光生電子-空穴對，這些光生載流子可以在半導(dǎo)體內(nèi)部移動，導(dǎo)致半導(dǎo)體材料的能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。

3、在激光照射下，半導(dǎo)體材料的能帶結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，例如會導(dǎo)致能級移動或是重新排列，半導(dǎo)體對激光的吸收和發(fā)射光譜也會發(fā)生變化。具體來說，如果某些能級向高能級移動，那么對應(yīng)的光譜線可能會向短波長方向移動(即藍(lán)移)；如果某些能級向低能級移動，那么對應(yīng)的光譜線可能向長波長方向移動(即紅移)；因此，需要一種半導(dǎo)體材料調(diào)制光譜的方法，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體材料對光譜調(diào)制作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的問題是：提供一種半導(dǎo)體材料調(diào)制光譜的方法及光路系統(tǒng)，用于半導(dǎo)體材料對光譜調(diào)制。

2、本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種半導(dǎo)體材料調(diào)制光譜的光路系統(tǒng)，包括：超連續(xù)激光光路、激光器、半導(dǎo)體材料、光譜儀、光電探測器、鎖相放大器、計算機(jī)、掃描振鏡。

3、超連續(xù)激光光路中，通過超連續(xù)激光器發(fā)出超連續(xù)激光光束，依次經(jīng)過第一反射鏡、斬波器和第二反射鏡后，斜入射到半導(dǎo)體材料表面，進(jìn)入光譜儀；所述光譜儀接收來自超連續(xù)激光光路的光信號，并將信號發(fā)送至光電探測器，通過鎖相放大器輸入至計算機(jī)，通過計算機(jī)采集半導(dǎo)體材料的光譜信號；

4、激光器發(fā)出調(diào)制激光光束，經(jīng)過掃描振鏡斜入射到半導(dǎo)體材料；所述掃描振鏡連接計算機(jī)，計算機(jī)通過調(diào)整掃描振鏡的傾斜角度，改變超連續(xù)激光光束照射到半導(dǎo)體材料上產(chǎn)生的光譜。

5、具體地，斬波器放置于第一反射鏡和第二反射鏡之間，同時連接鎖相放大器，接收超連續(xù)激光光路輸入信號，濾除部分噪聲，并將噪聲分散到不同時間間隔，提取光路中的直流信號作為參考信號；所述鎖相放大器接收經(jīng)過斬波器處理后的信號，利用參考信號進(jìn)行互相關(guān)，通過相乘和積分進(jìn)一步抑制噪聲，進(jìn)行信號提取。

6、具體地，鎖相放大器還連接光電探測器，所述光電探測器設(shè)置于光譜儀后，接收光譜儀傳遞的光信號，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柡髠鬏斨伶i相放大器，鎖相放大器將收到的信號后濾波去噪后傳輸至計算機(jī)。

7、具體地，超連續(xù)激光光束與調(diào)制激光光束不重疊，超連續(xù)激光光束斜以一定角度入射至半導(dǎo)體材料，光譜儀位于反射路徑，接收半導(dǎo)體材料反射的光，測量光的強(qiáng)度和波長；所述調(diào)制激光光束以不同角度經(jīng)過經(jīng)過掃描振鏡斜入射至半導(dǎo)體材料上。

8、具體地，計算機(jī)通過控制系統(tǒng)調(diào)整掃描振鏡的傾斜角度，改變調(diào)制激光光束入射到半導(dǎo)體材料的角度，進(jìn)而改變超連續(xù)激光光束和調(diào)制激光光束的重合度，所述掃描振鏡的角度調(diào)整范圍為±10°至±30°。

9、具體地，所述超連續(xù)激光光束光譜范圍為400-2300nm；所述激光器為不同光波長激光器，發(fā)出調(diào)制激光光束的波長分別為1064nm、852nm、532nm、405nm，且調(diào)制激光光束能量高于半導(dǎo)體材料的帶隙能量，電子被激發(fā)從價帶躍遷至導(dǎo)帶，產(chǎn)生光生電子-空穴對，在半導(dǎo)體材料內(nèi)部移動，使能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，對光譜產(chǎn)生不同的調(diào)制作用。

10、具體地，半導(dǎo)體材料放置于升降臺上，半導(dǎo)體材料的能帶結(jié)構(gòu)隨溫度的變化而變化，包括：硅、鍺、砷化鎵、氮化鎵、氧化鋅、金剛石、氮化硼、碳化硅，在常溫下的帶隙寬度分別為：1.12ev、0.66ev、1.4ev、3.4ev、3.37ev、5.6ev、6.5ev、2.367ev。

11、具體地，光電探測器類型包括：石墨烯光電探測器、二硫化鉬光電探測器、二硫化鎢光電探測器、黑磷光電探測器、碳化硅光電探測器；

12、具體地，掃描振鏡類型包括：伽利略振鏡、微機(jī)電系統(tǒng)振鏡、聲光振鏡、多邊形振鏡、共振振鏡。

13、本發(fā)明技術(shù)方案還提供了一種半導(dǎo)體材料調(diào)制光譜的方法，包括如下步驟：

14、s1、通過超連續(xù)激光器發(fā)出超連續(xù)激光光束，經(jīng)過反射鏡和斬波器，照射至半導(dǎo)體材料表面，用于給半導(dǎo)體材料中的價帶電子提供能量躍遷至導(dǎo)帶，躍遷過程中，電子吸收光子的能量，并釋放出與躍遷相對應(yīng)的光子，形成光譜；

15、s2、通過激光器發(fā)出調(diào)制激光光束，照射到半導(dǎo)體材料表面，改變半導(dǎo)體材料能帶結(jié)構(gòu)，和超連續(xù)激光光束在半導(dǎo)體材料上有形成一定重合區(qū)域；利用計算機(jī)控制系統(tǒng)改變掃描振鏡的傾斜角度，觀察兩束光斑重合度不同時的調(diào)制光譜；

16、s3、改變激光器的類型，分別使用波長為1064nm/852nm/532nm/405nm的激光器，重復(fù)步驟s2；

17、s4、利用光電探測器和斬波器，連接在鎖相放大器上，對接收到的信號進(jìn)行處理，并傳送到計算機(jī)；

18、s5、計算機(jī)對比分析波長為1064nm/852nm/532nm/405nm的激光照射至半導(dǎo)體材料上時，對光譜產(chǎn)生的調(diào)制效果；對比分析對于同一激光器由于兩光斑重合度不同時，對光譜產(chǎn)生的調(diào)制效果。

19、本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

20、1、本發(fā)明光路系統(tǒng)中激光器發(fā)射的激光使得半導(dǎo)體材料中處于價帶的電子吸收光子的能量躍遷至導(dǎo)帶上，從而改變半導(dǎo)體材料的能帶結(jié)構(gòu)，進(jìn)而使得超連續(xù)激光器照射到半導(dǎo)體材料上產(chǎn)生的光譜發(fā)生變化，起到調(diào)制光譜的作用。

21、2、本發(fā)明超連續(xù)激光光路中，在兩反射鏡之間放置一個斬波器，連接至鎖相放大器，截取光路中的電信號作為參考信號，鎖相放大9和斬波器的協(xié)同工作，進(jìn)一步抑制噪聲，并提取出有用的信號，提高調(diào)制光譜的準(zhǔn)確度。

技術(shù)特征：

1.一種半導(dǎo)體材料調(diào)制光譜的光路系統(tǒng)，其特征在于，包括：超連續(xù)激光光路、激光器(5)、半導(dǎo)體材料(6)、光譜儀(7)、光電探測器(8)、鎖相放大器(9)、計算機(jī)(10)、掃描振鏡(11)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體材料調(diào)制光譜的光路系統(tǒng)，其特征在于，所述斬波器(3)放置于第一反射鏡(2)和第二反射鏡(4)之間，同時連接鎖相放大器(9)，接收超連續(xù)激光光路輸入信號，濾除部分噪聲，并將噪聲分散到不同時間間隔，提取光路中的直流信號作為參考信號；所述鎖相放大器(9)接收經(jīng)過斬波器(3)處理后的信號，利用參考信號進(jìn)行互相關(guān)，通過相乘和積分進(jìn)一步抑制噪聲，進(jìn)行信號提取。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體材料調(diào)制光譜的光路系統(tǒng)，其特征在于，所述鎖相放大器(9)還連接光電探測器(8)，所述光電探測器(8)設(shè)置于光譜儀(7)后，接收光譜儀(7)傳遞的光信號，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柡髠鬏斨伶i相放大器(9)，鎖相放大器(9)將收到的信號后濾波去噪后傳輸至計算機(jī)(10)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體材料調(diào)制光譜的光路系統(tǒng)，其特征在于，所述超連續(xù)激光光束與調(diào)制激光光束不重疊，超連續(xù)激光光束斜以一定角度入射至半導(dǎo)體材料(6)，光譜儀(7)位于反射路徑，接收半導(dǎo)體材料(6)反射的光，測量光的強(qiáng)度和波長；所述調(diào)制激光光束以不同角度經(jīng)過經(jīng)過掃描振鏡(11)斜入射至半導(dǎo)體材料(6)上。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體材料調(diào)制光譜的光路系統(tǒng)，其特征在于，所述計算機(jī)(10)通過控制系統(tǒng)調(diào)整掃描振鏡(11)的傾斜角度，改變調(diào)制激光光束入射到半導(dǎo)體材料(6)的角度，進(jìn)而改變超連續(xù)激光光束和調(diào)制激光光束的重合度，所述掃描振鏡(11)的角度調(diào)整范圍為±10°至±30°。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體材料調(diào)制光譜的光路系統(tǒng)，其特征在于，所述超連續(xù)激光光束光譜范圍為400-2300nm；所述激光器(5)為不同光波長激光器，發(fā)出調(diào)制激光光束的波長分別為1064nm、852nm、532nm、405nm，且調(diào)制激光光束能量高于半導(dǎo)體材料(6)的帶隙能量，電子被激發(fā)從價帶躍遷至導(dǎo)帶，產(chǎn)生光生電子-空穴對，在半導(dǎo)體材料(6)內(nèi)部移動，使能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，對光譜產(chǎn)生不同的調(diào)制作用。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體材料調(diào)制光譜的光路系統(tǒng)，其特征在于，所述半導(dǎo)體材料(6)放置于升降臺(12)上，半導(dǎo)體材料(6)的能帶結(jié)構(gòu)隨溫度的變化而變化，包括：硅、鍺、砷化鎵、氮化鎵、氧化鋅、金剛石、氮化硼、碳化硅，在常溫下的帶隙寬度分別為：1.12ev、0.66ev、1.4ev、3.4ev、3.37ev、5.6ev、6.5ev、2.367ev。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體材料調(diào)制光譜的光路系統(tǒng)，其特征在于，所述光電探測器(8)類型包括：石墨烯光電探測器、二硫化鉬光電探測器、二硫化鎢光電探測器、黑磷光電探測器、碳化硅光電探測器。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體材料調(diào)制光譜的光路系統(tǒng)，其特征在于，所述的掃描振鏡(11)類型包括：伽利略振鏡、微機(jī)電系統(tǒng)振鏡、聲光振鏡、多邊形振鏡、共振振鏡。

10.一種半導(dǎo)體材料調(diào)制光譜的方法，其特征在于，包括如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體材料調(diào)制光譜的方法及光路系統(tǒng)，包括：超連續(xù)激光器、斬波器、激光器、反射鏡、半導(dǎo)體材料、升降臺、掃描振鏡、光譜儀、光電探測器、鎖相放大器、計算機(jī)。超連續(xù)激光光束經(jīng)過反射鏡和斬波器斜入射到半導(dǎo)體材料表面，進(jìn)入光譜儀，連接光電探測器，將信號傳播至計算機(jī)采集光譜信號；激光器發(fā)出的激光經(jīng)過掃描振鏡斜入射到半導(dǎo)體材料上；掃描振鏡連接計算機(jī)，通過計算機(jī)逐步調(diào)整振鏡的傾斜角度，激光器與超連續(xù)激光器發(fā)出的兩束激光的光斑隨著掃描振鏡角度的變化會呈現(xiàn)出不同的重合度，兩束激光不同的重合度對所得到的光譜有著不同的調(diào)制作用；同時斬波器連接鎖相放大器，進(jìn)行組合濾波，進(jìn)一步提高了調(diào)制光譜的準(zhǔn)確性。

技術(shù)研發(fā)人員：徐鵬飛,王巖
受保護(hù)的技術(shù)使用者：無錫華興光電研究有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10