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專利名稱：太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)、成像方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)、成像方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體制造工藝和材料的發(fā)展，電子芯片的運(yùn)算速度更高、面積更小、成本更低。由于半導(dǎo)體在外部激勵(lì)下的相變過程是由其載流子的輸運(yùn)特性所決定的，因此對(duì)載流子輸運(yùn)現(xiàn)象的研究是半導(dǎo)體器件研發(fā)的基礎(chǔ)。太赫茲(Terahertz,簡(jiǎn)稱THz)脈沖技術(shù)作為一門獨(dú)特的遠(yuǎn)紅外測(cè)量手段，在目前的科學(xué)研究和工業(yè)檢測(cè)中已經(jīng)展現(xiàn)了其重要的應(yīng)用潛力。尤其在對(duì)半導(dǎo)體載流子特性的研究中，由于太赫茲脈沖具有光子能量低、脈寬窄等特性，既不會(huì)對(duì)載流子的濃度和輸運(yùn)造成很大影響又可以實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)測(cè)量，因此太赫茲時(shí)間分辨光譜技術(shù)已經(jīng)成為了半導(dǎo)體器件研發(fā)中一項(xiàng)不可或缺的研究方法。圖1是現(xiàn)有技術(shù)中研究半導(dǎo)體上載流子特性采用的太赫茲時(shí)間分辨光譜技術(shù)的光學(xué)示意圖，如圖1所示，利用SOOnm近紅外光I泵浦半導(dǎo)體樣品101，激發(fā)其光致特性，再由太赫茲脈沖II與半導(dǎo)體樣品101相互作用，攜帶樣品瞬態(tài)信息，最后由太赫茲光II與探測(cè)光III經(jīng)過探測(cè)晶體102，通過電光采樣法測(cè)量太赫茲脈沖，觀察半導(dǎo)體的瞬態(tài)變化。太赫茲測(cè)量技術(shù)是相干測(cè)量，可以同時(shí)獲得光譜的振幅和相位信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體瞬態(tài)光學(xué)常數(shù)的精確分析。由于產(chǎn)生的載流子在半導(dǎo)體上存在濃度梯度，會(huì)形成橫向和縱向的擴(kuò)散。一方面，在擴(kuò)散過程中，載流子會(huì)相互碰撞直接復(fù)合，或者與半導(dǎo)體中含有的雜質(zhì)發(fā)生相互作用形成間接復(fù)合。另一方面，如果存在外加電場(chǎng)或內(nèi)建電場(chǎng)，載流子會(huì)出現(xiàn)漂移運(yùn)動(dòng)，并且會(huì)與半導(dǎo)體電離雜質(zhì)和晶格振動(dòng)產(chǎn)生散射。這些過程都會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體的整體光學(xué)性質(zhì)呈現(xiàn)不均勻性。然而，盡管傳統(tǒng)的太赫茲時(shí)間分辨光譜技術(shù)具有諸多優(yōu)勢(shì)，但由于它測(cè)量方式的限制，需要將太赫茲光斑聚焦于樣品上一點(diǎn)進(jìn)行探測(cè)，所以它只反映了載流子的時(shí)域變化特性，并不能呈現(xiàn)出載流子由于擴(kuò)散現(xiàn)象和漂移現(xiàn)象引起的空間分布特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服利用傳統(tǒng)太赫茲時(shí)間分辨光譜技術(shù)研究半導(dǎo)體的光致載流子演變過程的局限性，以實(shí)現(xiàn)對(duì)其空間分布特性的研究。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)。包括:樣品放置架，用于放置測(cè)試樣品；探測(cè)晶體，位于所述樣品放置架的出射面一側(cè)；泵浦光生成裝置，用于生成泵浦光，所述泵浦光用于照射所述測(cè)試樣品使所述測(cè)試樣品產(chǎn)生光致結(jié)果；太赫茲光生成裝置，用于生成太赫茲光，所述太赫茲光用于照射所述測(cè)試樣品，獲取所述測(cè)試樣品的信息后照射所述探測(cè)晶體，并通過電光效應(yīng)調(diào)制所述探測(cè)晶體的折射率橢球；
探測(cè)光生成裝置，用于生成探測(cè)光，所述探測(cè)光用于照射所述探測(cè)晶體以探測(cè)所述探測(cè)晶體的折射率橢球，間接獲取所述測(cè)試樣品的信息；和成像設(shè)備，位于所述探測(cè)光經(jīng)過所述探測(cè)晶體之后的光路中，用于接收所述探測(cè)光，采集所述測(cè)試樣品的太赫茲圖像。優(yōu)選地,所述成像設(shè)備為電荷稱合元件((XD攝像頭)。優(yōu)選地,所述測(cè)試樣品為Si半導(dǎo)體或GaAs半導(dǎo)體。優(yōu)選地，所述探測(cè)晶體緊貼所述樣品放置架。優(yōu)選地，所述探測(cè)晶體為具有電光效應(yīng)的電光晶體。優(yōu)選地，所述電光晶體為ZnTe晶體或GaP晶體。優(yōu)選地，所述太赫茲光生成裝置包括太赫茲產(chǎn)生光生成裝置和太赫茲產(chǎn)生晶體；所述太赫茲產(chǎn)生光生成裝置用于產(chǎn)生太赫茲產(chǎn)生光；所述太赫茲產(chǎn)生光用于照射所述太赫茲產(chǎn)生晶體以產(chǎn)生所述太赫茲光。優(yōu)選地,所述太赫茲產(chǎn)生晶體為ZnTe晶體、LiNbO3晶體或GaAs晶體。優(yōu)選地，所述泵浦光生成裝置、所述探測(cè)光生成裝置與所述太赫茲產(chǎn)生光生成裝置為同一個(gè)飛秒脈沖激光器。優(yōu)選地，所述飛秒脈沖激光器生成的激光束為中心波長(zhǎng)為800nm，脈沖持續(xù)時(shí)間為50fs，重復(fù)頻率為IkHz的水平線偏振光。優(yōu)選地,所述太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)還包括:偏振分束棱鏡，位于所述水平線偏振光的光路中，用于將所述水平線偏振光分成兩束偏振方向互相垂直的線偏振光即水平線偏振光和豎直線偏振的泵浦光；λ /2波片，位于所述偏振分束棱鏡的入射面一側(cè)，用于調(diào)節(jié)所述水平線偏振光和泵浦光的相對(duì)光強(qiáng)；偏振分束棱鏡，位于所述水平線偏振光的光路中，用于將所述水平線偏振光分成兩束偏振方向互相垂直的線偏振光即水平線偏振的太赫茲產(chǎn)生光和豎直線偏振的探測(cè)光；和λ /2波片，位于所述偏振分束棱鏡的入射面一側(cè)，用于調(diào)節(jié)所述太赫茲產(chǎn)生光和探測(cè)光的相對(duì)光強(qiáng)。優(yōu)選地，所述時(shí)空分辨成像系統(tǒng)還包括機(jī)械斬波器，與所述成像設(shè)備電連接，用以控制所述成像設(shè)備對(duì)所述測(cè)試樣品的太赫茲圖像進(jìn)行同步采集。所述機(jī)械斬波器位于所述泵浦光照射所述測(cè)試樣品之前的光路中以調(diào)制泵浦光輸出的重復(fù)頻率，或位于所述太赫茲產(chǎn)生光照射所述太赫茲產(chǎn)生晶體之前的光路中以調(diào)制所述太赫茲產(chǎn)生光輸出的重復(fù)頻率。優(yōu)選地，所述時(shí)空分辨成像系統(tǒng)還包括第一凹透鏡和拋面鏡，所述第一凹透鏡和拋面鏡用于對(duì)所述太赫茲光進(jìn)行擴(kuò)束；所述第一凹透鏡位于所述太赫茲產(chǎn)生晶體的入射面一側(cè)；所述拋面鏡位于所述太赫茲產(chǎn)生晶體的出射面一側(cè)。優(yōu)選地，所述時(shí)空分辨成像系統(tǒng)還包括:λ /2波片，位于所述探測(cè)光照射所述探測(cè)晶體之前的光路中，用于控制所述探測(cè)光的偏振方向；和偏振片，位于所述λ/2波片的出射面一側(cè)，用于對(duì)所述探測(cè)光的偏振態(tài)進(jìn)行保偏。
優(yōu)選地，所述時(shí)空分辨成像系統(tǒng)還包括第二凹透鏡和第三凸透鏡，所述第二凹透鏡和第三凸透鏡用于對(duì)所述探測(cè)光進(jìn)行擴(kuò)束；所述第三凸透鏡位于所述探測(cè)光照射所述探測(cè)晶體之前的光路中；所述第二凹透鏡位于所述第三凸透鏡入射面一側(cè)的焦點(diǎn)處。優(yōu)選地，所述時(shí)空分辨成像系統(tǒng)還包括納米銦錫金屬氧化物(ITO)導(dǎo)電玻璃，位于所述樣品放置架入射面一側(cè)，用于將所述泵浦光和所述太赫茲光進(jìn)行重合后照射到所述測(cè)試樣品上。優(yōu)選地，所述時(shí)空分辨成像系統(tǒng)還包括半反半透鏡，位于所述探測(cè)光與探測(cè)晶體軸線的交匯處，用于對(duì)所述探測(cè)光以相等的比例進(jìn)行反射和透射。優(yōu)選地，所述時(shí)空分辨成像系統(tǒng)還包括:偏振分束棱鏡，位于所述探測(cè)光透過所述半反半透鏡之后的光路中，用于將透過所述半反半透鏡的所述探測(cè)光分成兩個(gè)偏振方向互相垂直的線偏振光；λ /4波片，位于所述偏振分束棱鏡的入射面一側(cè)，用于調(diào)整所述分成的兩束線偏振光的光強(qiáng)；第四凸透鏡，位于所述偏振分束棱鏡的入射面一側(cè)，用于對(duì)透過所述半反半透鏡的所述探測(cè)光進(jìn)行會(huì)聚；和第五凸透鏡，位于所述偏振分束棱鏡的出射面一側(cè)，用于對(duì)所述分成的兩束線偏振光進(jìn)行準(zhǔn)直。優(yōu)選地，所述時(shí)空分辨成像系統(tǒng)還包括第一電動(dòng)平移臺(tái)，位于所述泵浦光的光路中，用于連續(xù)改變所述泵浦光與所述太赫茲光的光程差。優(yōu)選地，所述時(shí)空分辨成像系統(tǒng)還包括第二電動(dòng)平移臺(tái)，位于所述太赫茲光或所述探測(cè)光的光路中，用于連續(xù)改變所述太赫茲光與所述探測(cè)光的光程差。本發(fā)明還提供了一種太赫茲時(shí)空分辨成像方法。包括:將測(cè)試樣品放置于樣品放置架上；泵浦光照射所述測(cè)試樣品，使所述測(cè)試樣品產(chǎn)生光致結(jié)果；太赫茲光照射所述測(cè)試樣品，所述測(cè)試樣品對(duì)所述太赫茲光的電場(chǎng)產(chǎn)生調(diào)制；太赫茲光照射探測(cè)晶體，調(diào)制所述探測(cè)晶體的折射率橢球；探測(cè)光照射所述探測(cè)晶體，探測(cè)所述探測(cè)晶體的折射率橢球，間接獲取所述測(cè)試樣品的信息；調(diào)整所述探測(cè)光的偏振態(tài)為第一偏振態(tài)，利用成像設(shè)備接收所述探測(cè)光，測(cè)量所述太赫茲電場(chǎng)的一個(gè)偏振分量Ex改變所述探測(cè)光的偏振態(tài)為第二偏振態(tài)，利用所述成像設(shè)備測(cè)量所述太赫茲電場(chǎng)的另一個(gè)偏振分量Ey ；根據(jù)所述測(cè)得的太赫茲電場(chǎng)的兩個(gè)偏振分量Ex和Ey計(jì)算相對(duì)強(qiáng)度Ε，得到所述測(cè)試樣品的太赫茲圖像。優(yōu)選地，所述泵浦光照射所述測(cè)試樣品，使所述測(cè)試樣品產(chǎn)生光致結(jié)果的步驟中，所述測(cè)試樣品為Si半導(dǎo)體或GaAs半導(dǎo)體；所述泵浦光為中心波長(zhǎng)為SOOnm的近紅外飛秒脈沖。優(yōu)選地，所述樣品放置架緊貼所述探測(cè)晶體入射面放置。優(yōu)選地，所述泵浦光照射所述測(cè)試樣品，使所述測(cè)試樣品產(chǎn)生光致結(jié)果的步驟后，在所述半導(dǎo)體樣品上產(chǎn)生光致載流子分布。優(yōu)選地，所述太赫茲光照射所述測(cè)試樣品，所述測(cè)試樣品對(duì)所述太赫茲光的電場(chǎng)產(chǎn)生調(diào)制的步驟具體為，所述半導(dǎo)體樣品上產(chǎn)生的載流子分布使所述半導(dǎo)體樣品電導(dǎo)率增強(qiáng)，造成所述半導(dǎo)體樣品對(duì)所述太赫茲光的吸收增強(qiáng)，進(jìn)而導(dǎo)致所述半導(dǎo)體樣品對(duì)所述太赫茲光的透射率下降。優(yōu)選地，所述太赫茲光照射探測(cè)晶體，調(diào)制所述探測(cè)晶體的折射率橢球的步驟之后，所述測(cè)試樣品對(duì)所述太赫茲光的調(diào)制反映在所述探測(cè)晶體上。優(yōu)選地，所述探測(cè)光照射所述探測(cè)晶體，探測(cè)所述探測(cè)晶體的折射率橢球，間接獲取所述測(cè)試樣品信息的步驟具體為，所述探測(cè)光沿與所述太赫茲光反向共線的方向入射到所述探測(cè)晶體上；所述探測(cè)光的偏振態(tài)由于所述探測(cè)晶體折射率橢球的改變隨之發(fā)生改變；所述探測(cè)光經(jīng)所述探測(cè)晶體表面垂直反射，間接獲取所述太赫茲光的信息，即獲取了所述測(cè)試樣品的信息。優(yōu)選地，所述成像設(shè)備為CXD攝像頭。優(yōu)選地，所述調(diào)整所述探測(cè)光的偏振態(tài)為第一偏振態(tài)，利用成像設(shè)備接收所述探測(cè)光，測(cè)量所述太赫茲電場(chǎng)的一個(gè)偏振分量Ex的步驟具體為，利用λ/2波片調(diào)整所述探測(cè)光的偏振態(tài)，使其位于所述第一偏振態(tài)，并利用偏振片進(jìn)行保偏；利用偏振分束棱鏡將所述探測(cè)光分成兩個(gè)偏振方向互相垂直的線偏振的探測(cè)光；利用λ/4波片調(diào)整所述探測(cè)光的偏振態(tài)，使所述分開后的兩束線偏振的探測(cè)光的光強(qiáng)相等；利用成像設(shè)備接收所述光強(qiáng)相等的兩束線偏振的探測(cè)光，并采用太赫茲差分成像技術(shù)進(jìn)行差分測(cè)量，得到所述太赫茲光的電場(chǎng)的偏振分量Ex。優(yōu)選地，所述采用太赫茲差分成像技術(shù)進(jìn)行差分測(cè)量的步驟具體為，所述成像設(shè)備分別測(cè)得所述兩束線偏振的探測(cè)光電場(chǎng)相同方向的分量，將采集到的所述兩個(gè)分量相減，間接得到所述太赫茲電場(chǎng)的一個(gè)偏振分量Εχ。優(yōu)選地，所述調(diào)整所述探測(cè)光的偏振態(tài)為第一偏振態(tài)，利用成像設(shè)備接收所述探測(cè)光，測(cè)量所述太赫茲電場(chǎng)的一個(gè)偏振分量Ex的步驟和改變所述探測(cè)光的偏振態(tài)為第二偏振態(tài)，利用所述成像設(shè)備測(cè)量所述太赫茲電場(chǎng)的另一個(gè)偏振分量Ey的步驟可調(diào)換順序。優(yōu)選地，所述調(diào)整所述探測(cè)光的偏振態(tài)為第一偏振態(tài)，利用成像設(shè)備接收所述探測(cè)光，測(cè)量所述太赫茲電場(chǎng)的一個(gè)偏振分量Ex的步驟中，所述第一偏振態(tài)與所述太赫茲光偏振方向平行(即O度偏振)或垂直(即90度偏振)；優(yōu)選地，所述改變所述探測(cè)光的偏振態(tài)為第二偏振態(tài)，利用所述成像設(shè)備測(cè)量所述太赫茲電場(chǎng)的另一個(gè)偏振分量Ey的步驟中,所述第二偏振態(tài)與所述第一偏振態(tài)的偏振方向成45度或-45度夾角。優(yōu)選地，所述根據(jù)所述測(cè)得的太赫茲電場(chǎng)的兩個(gè)偏振分量Ex和Ey計(jì)算相對(duì)強(qiáng)度Ε，得到所述測(cè)試樣品的太赫茲圖像的步驟中，所述相對(duì)強(qiáng)度E根據(jù)公式E= (IEx 1-1 Ey I) /(I Ex I +1 Ey I)計(jì)算得到ο本發(fā)明還提供了一種太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)的應(yīng)用，所述時(shí)空分辨成像系統(tǒng)被用于研究半導(dǎo)體光致載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，研究的步驟包括:選擇測(cè)試樣品，利用所述時(shí)空分辨成像系統(tǒng)進(jìn)行成像測(cè)量，記錄原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；利用數(shù)字全息重建算法對(duì)所述原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像的重建并優(yōu)化，獲得重建圖像數(shù)據(jù)；從所述優(yōu)化的重建圖像數(shù)據(jù)中提取所述測(cè)試樣品的電導(dǎo)率分布，分析所述測(cè)試樣品光致載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。優(yōu)選地，所述測(cè)試樣品為GaAs半導(dǎo)體。優(yōu)選地，所述利用所述時(shí)空分辨成像系統(tǒng)進(jìn)行成像測(cè)量的步驟具體為，對(duì)一種摻雜濃度的半導(dǎo)體施加不同功率的泵浦光作用，分別進(jìn)行成像測(cè)量；或?qū)Σ煌瑩诫s濃度的半導(dǎo)體施加同一功率的泵浦光作用，分別進(jìn)行成像測(cè)量；或?qū)σ环N摻雜濃度的半導(dǎo)體施加不同外加偏置電場(chǎng)，分別進(jìn)行成像測(cè)量；或?qū)Σ煌瑩诫s濃度的半導(dǎo)體施加同一外加偏置電場(chǎng)，分別進(jìn)行成像測(cè)量。優(yōu)選地，所述利用數(shù)字全息重建算法對(duì)所述原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像的重建和優(yōu)化的步驟具體為，利用逆衍射數(shù)字圖像重建算法對(duì)所述原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像的重建和優(yōu)化。優(yōu)選地，所述逆衍射數(shù)字圖像重建算法為逆菲涅爾衍射算法。優(yōu)選地，所述分析所述測(cè)試樣品上光致載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的步驟包括:利用連續(xù)性方程，研究所述半導(dǎo)體光致載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，具體地根據(jù)所述對(duì)一種摻雜濃度的半導(dǎo)體施加不同功率的泵浦光作用，分別進(jìn)行成像測(cè)量和對(duì)不同摻雜濃度的半導(dǎo)體施加同一功率的泵浦光作用，分別進(jìn)行成像測(cè)量的步驟得到的半導(dǎo)體的電導(dǎo)率分布，分析光致載流子在擴(kuò)散過程中的復(fù)合效應(yīng)即光致載流子的濃度梯度、光致載流子之間的碰撞對(duì)光致載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的影響，評(píng)估半導(dǎo)體光致載流子的壽命，并分析由光致載流子之間的直接碰撞引起的復(fù)合和受到晶格缺陷的作用引起的復(fù)合所占的比重；利用連續(xù)性方程，研究所述半導(dǎo)體光致載流子漂移運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，具體地根據(jù)所述對(duì)一種摻雜濃度的半導(dǎo)體施加不同外加偏置電場(chǎng)，分別進(jìn)行成像測(cè)量和對(duì)不同摻雜濃度的半導(dǎo)體施加同一外加偏置電場(chǎng)，分別進(jìn)行成像測(cè)量的步驟得到的半導(dǎo)體的電導(dǎo)率分布，分析外加電場(chǎng)強(qiáng)度、光致載流子、雜質(zhì)和聲子之間的散射對(duì)光致載流子漂移運(yùn)動(dòng)的影響；利用連續(xù)性方程，將所述半導(dǎo)體光致載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與漂移運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一考慮，分析半導(dǎo)體光致載流子的時(shí)空分布特性及半導(dǎo)體的相變過程。本發(fā)明實(shí)施例的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)及方法將太赫茲焦平面成像技術(shù)引入太赫茲時(shí)間分辨光譜測(cè)量系統(tǒng)中，即將太赫茲時(shí)間分辨光譜技術(shù)與數(shù)字全息技術(shù)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試樣品光致特性的時(shí)空分辨成像測(cè)量。通過改變太赫茲光與泵浦光之間的時(shí)間延遲并提取太赫茲光譜常數(shù)，反映出測(cè)試樣品光致特性的時(shí)域變化；采用太赫茲光斑照射測(cè)試樣品的不同位置，可對(duì)測(cè)試樣品光致特性的空間分布規(guī)律進(jìn)行觀測(cè)；通過電光采樣法將太赫茲二維信息加載到探測(cè)光的偏振態(tài)上，并利用成像設(shè)備通過差分探測(cè)的方法進(jìn)行提取。這種成像系統(tǒng)可以有效地縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，并且可以更真實(shí)地反映太赫茲電場(chǎng)的二維分布，最終獲取測(cè)試樣品的四維光譜信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試樣品時(shí)空演變過程的全面準(zhǔn)確觀測(cè)，高精度地呈現(xiàn)測(cè)試樣品在超快激光激發(fā)下相變的全貌。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中研究半導(dǎo)體上載流子特性采用的太赫茲時(shí)間分辨光譜技術(shù)的光學(xué)示意圖2為本發(fā)明實(shí)施例的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例的太赫茲時(shí)空分辨成像方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。本發(fā)明實(shí)施例的成像系統(tǒng)通過將太赫茲焦平面成像技術(shù)引入太赫茲時(shí)間分辨光譜測(cè)量系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試樣品光致特性(如半導(dǎo)體光致載流子分布)的時(shí)空分辨成像測(cè)量；并且將該系統(tǒng)應(yīng)用于研究半導(dǎo)體在光激勵(lì)下相變的時(shí)空特性，利用光學(xué)數(shù)字全息技術(shù)對(duì)原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重建和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體光致載流子時(shí)空演變過程的全面準(zhǔn)確的觀測(cè)。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)示意圖。如圖所示，該成像系統(tǒng)包括:樣品放置架201、探測(cè)晶體202、成像設(shè)備203、泵浦光生成裝置218、太赫茲光生成裝置、探測(cè)光生成裝置219。其中，樣品放置架201用于放置測(cè)試樣品，測(cè)試樣品可以是Si半導(dǎo)體，GaAs半導(dǎo)體等。探測(cè)晶體202是具有電光效應(yīng)的電光晶體，可采用ZnTe晶體、GaP晶體等。探測(cè)晶體位于樣品放置架的出射面一側(cè)，優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例中探測(cè)晶體緊貼樣品放置架放置，以提高成像分辨率。泵浦光生成裝置218用于生成泵浦光I，泵浦光I用于照射測(cè)試樣品，激發(fā)其光致特性。泵浦光可采用近紅外飛秒脈沖或者脈寬在亞皮秒量級(jí)的太赫茲光脈沖等。本發(fā)明實(shí)施例中，如測(cè)試樣品為半導(dǎo)體時(shí)，采用近紅外飛秒脈沖作為泵浦光照射測(cè)試樣品時(shí)，可產(chǎn)生光致載流子分布，該飛秒脈沖的單光子能量應(yīng)大于測(cè)試樣品的帶隙能量，以確保光致載流子的激發(fā)。太赫茲光生成裝置用于生成太赫茲光II，太赫茲光Π用于首先照射測(cè)試樣品，獲取測(cè)試樣品信息后照射探測(cè)晶體，并通過電光效應(yīng)調(diào)制探測(cè)晶體的折射率橢球。此處測(cè)試樣品的信息是指比如半導(dǎo)體樣品的光致載流子或者電導(dǎo)率的分布狀態(tài)等。太赫茲光的頻率范圍為0.2-2.5THz，可由ZnTe晶體、LiNbO3晶體或GaAs晶體等通過非線性光整流過程產(chǎn)生，也可以由光導(dǎo)天線產(chǎn)生。泵浦光I的光斑尺寸小于太赫茲光的光斑尺寸，以確保對(duì)光致載流子運(yùn)動(dòng)的觀察擁有足夠的視場(chǎng)。探測(cè)光生成裝置219用于生成探測(cè)光III，探測(cè)光III用于照射探測(cè)晶體以探測(cè)太赫茲光，間接獲取所述測(cè)試樣品的信息，可采用近紅外光脈沖。成像設(shè)備203位于探測(cè)光(III)經(jīng)過探測(cè)晶體(202)之后的光路中，可采用CCD攝像頭(電荷耦合元件)，用于接收所述探測(cè)光，采集所述測(cè)試樣品的太赫茲圖像，即太赫茲光透過測(cè)試樣品后的電場(chǎng)分布圖像。將采集的兩個(gè)圖像進(jìn)行相減，并把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。泵浦光斑小于太赫茲光斑，以確保對(duì)測(cè)試樣品光致特性的觀察擁有足夠的視場(chǎng)。太赫茲光生成裝置包括太赫茲產(chǎn)生光生成裝置220和太赫茲產(chǎn)生晶體204，太赫茲產(chǎn)生光生成裝置用于生成太赫茲產(chǎn)生光IV，太赫茲產(chǎn)生光IV用于照射太赫茲產(chǎn)生晶體204以產(chǎn)生太赫茲光。太赫茲產(chǎn)生光可采用近紅外光脈沖，太赫茲產(chǎn)生晶體可采用ZnTe晶體、LiNbO3晶體或GaAs晶體等。該成像系統(tǒng)還包括機(jī)械斬波器205，與成像設(shè)備電連接，用以控制成像設(shè)備對(duì)圖像進(jìn)行同步采集。機(jī)械斬波器可位于太赫茲產(chǎn)生光照射太赫茲產(chǎn)生晶體之前的光路中以調(diào)制太赫茲產(chǎn)生光輸出的重復(fù)頻率，也可位于泵浦光照射測(cè)試樣品之前的光路中以調(diào)制泵浦光輸出的重復(fù)頻率。
該成像系統(tǒng)還包括第一凹透鏡LI和拋面鏡PMl,用于對(duì)太赫茲光進(jìn)行擴(kuò)束。第一凹透鏡LI位于太赫茲產(chǎn)生晶體的入射面一側(cè)；拋面鏡PMl位于太赫茲產(chǎn)生晶體的出射面一側(cè)。該成像系統(tǒng)還包括λ /2波片206和偏振片207，λ /2波片206位于探測(cè)光照射探測(cè)晶體之前的光路中，用于控制探測(cè)光的偏振方向，偏振片207位于λ /2波片206的出射面一側(cè)，用于對(duì)經(jīng)過λ /2波片206之后的探測(cè)光進(jìn)行保偏。該成像系統(tǒng)還包括第二凹透鏡L2和第三凸透鏡L3，用于對(duì)探測(cè)光進(jìn)行擴(kuò)束。第三凸透鏡L3位于探測(cè)光(III)照射探測(cè)晶體之前的光路中；第二凹透鏡L2位于第三凸透鏡L3入射面一側(cè)的焦點(diǎn)處。該成像系統(tǒng)還包括ITO(納米銦錫金屬氧化物)導(dǎo)電玻璃208，位于樣品放置架的入射面一側(cè)，該ITO導(dǎo)電玻璃208可以反射太赫茲光、透射近紅外光，如此將沿如圖2中所示方向傳播的泵浦光和太赫茲光進(jìn)行重合后照射到測(cè)試樣品上。該成像系統(tǒng)還包括半反半透鏡209，位于所述探測(cè)光與探測(cè)晶體軸線的交匯處，用于對(duì)探測(cè)光以相等的比例進(jìn)行反射和透射，如本發(fā)明實(shí)施例中，50%的探測(cè)光由半反半透鏡反射至探測(cè)晶體上，使其獲取太赫茲光信息后再經(jīng)探測(cè)晶體的表面反射后，50%的反射探測(cè)光又透過半反半透鏡到達(dá)該系統(tǒng)的成像部分。該成像系統(tǒng)還包括λ /4波片210、偏振分束棱鏡211、第四凸透鏡L4和第五凸透鏡L5。其中，偏振分束棱鏡位于探測(cè)光透過半反半透鏡之后的光路中，用于將透過半反半透鏡的探測(cè)光分成兩個(gè)偏振方向互相垂直的線偏振光束，利用太赫茲差分成像技術(shù)，在成像設(shè)備上實(shí)現(xiàn)差分測(cè)量，可以大大優(yōu)化系統(tǒng)信噪比；λ /4波片位于偏振分束棱鏡的入射面一偵牝用于調(diào)整分成的兩束線偏振光的光強(qiáng)，以使兩束光的光強(qiáng)相等；第四凸透鏡L4位于偏振分束棱鏡的入射面一側(cè)，用于將探測(cè)光會(huì)聚入射到偏振分束棱鏡上；第五凸透鏡L5位于偏振分束棱鏡的出射面一側(cè)，用于將分成的兩束線偏振的探測(cè)光分別進(jìn)行準(zhǔn)直后照射到成像設(shè)備上進(jìn)行成像測(cè)量。該成像系統(tǒng)還包括第一電動(dòng)平移臺(tái)212，位于泵浦光的光路中，用于連續(xù)改變泵浦光與太赫茲光之間的光程差。該第一電動(dòng)平移臺(tái)包括平面反射鏡Ml和M2，用以改變泵浦光的傳播方向。該成像系統(tǒng)還包括第二電動(dòng)平移臺(tái)213，位于太赫茲光的光路中或者探測(cè)光的光路中，用于連續(xù)改變太赫茲光與探測(cè)光之間的光程差。該第二電動(dòng)平移臺(tái)包括平面反射鏡Μ5和Μ6，用以改變太赫茲光或探測(cè)光的傳播方向。優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例的成像系統(tǒng)中，泵浦光生成裝置、探測(cè)光生成裝置與太赫茲產(chǎn)生光生成裝置為同一個(gè)飛秒脈沖激光器，即泵浦光1、探測(cè)光III和太赫茲產(chǎn)生光IV產(chǎn)生于同源的飛秒脈沖激光器。如圖2所示，該成像系統(tǒng)還包括λ/2波片214-215和偏振分束棱鏡216-217。偏振分束棱鏡216用于將激光器出射的水平偏振的飛秒脈沖光V分成兩束偏振方向互相垂直的線偏振光即水平線偏振光VI和豎直線偏振光I，將豎直線偏振光I作為泵浦光。λ /2波片214位于偏振分束棱鏡216的入射面一側(cè)，用于調(diào)節(jié)水平線偏振光VI和豎直線偏振光I的相對(duì)光強(qiáng)。偏振分束棱鏡217位于水平線偏振光VI的光路中,用于再次將水平線偏振光VI分成兩束偏振方向互相垂直的線偏振光即水平線偏振光IV和豎直線偏振光III,將水平線偏振光作為太赫茲產(chǎn)生光,豎直線偏振光III作為探測(cè)光。λ /2波片215位于偏振分束棱鏡217的入射面一側(cè),用于調(diào)節(jié)水平線偏振光IV和豎直線偏振光III的相對(duì)光強(qiáng)。本發(fā)明實(shí)施例的成像系統(tǒng)還包括反射鏡M3-4、M7-10,分布在該系統(tǒng)中適當(dāng)位置，用于改變光束的傳播方向。本發(fā)明實(shí)施例的成像系統(tǒng)由Spectra-physics激光器提供同源的泵浦光、探測(cè)光和太赫茲產(chǎn)生光，該激光器發(fā)射的飛秒脈沖激光的中心波長(zhǎng)為8 O O nm，脈沖持續(xù)時(shí)間為50fs，重復(fù)頻率為1kHz，單光子能量為1.55eV。該成像系統(tǒng)經(jīng)調(diào)制，泵浦光，探測(cè)光和太赫茲產(chǎn)生光的平均功率范圍分別為50-100mW、8-10mW和650_700mW。太赫茲產(chǎn)生晶體采用ZnTe晶體，通過光整流效應(yīng)產(chǎn)生的太赫茲光的電場(chǎng)強(qiáng)度范圍為5-lOkV/cm，頻率為
0.2-2.5THzo本發(fā)明實(shí)施例的成像系統(tǒng)的主要工作過程如下:飛秒脈沖激光由激光器出射后依次通過λ/2波片214、偏振分束棱鏡216、λ/2波片215和偏振分束棱鏡217，經(jīng)過兩次分束后產(chǎn)生三路光束，分別為豎直偏振的泵浦光、豎直偏振的探測(cè)光和水平偏振的太赫茲產(chǎn)生光。泵浦光照射到測(cè)試樣品如半導(dǎo)體上，激發(fā)樣品的光致特性，如在半導(dǎo)體樣品上產(chǎn)生特定的光致載流子分布。水平偏振的太赫茲產(chǎn)生光入射到太赫茲產(chǎn)生晶體上，由非線性光整流過程產(chǎn)生水平偏振的太赫茲光；太赫茲光擴(kuò)束后經(jīng)ITO導(dǎo)電玻璃與泵浦光的傳播方向重合后入射到半導(dǎo)體樣品上，半導(dǎo)體樣品上的光致載流子分布對(duì)太赫茲電場(chǎng)的波前進(jìn)行了調(diào)制。因此通過半導(dǎo)體樣品的太赫茲光中包含了半導(dǎo)體樣品上光致載流子的分布特性。太赫茲光繼續(xù)照射到探測(cè)晶體上，通過電光效應(yīng)調(diào)制探測(cè)晶體的折射率橢球。同時(shí)探測(cè)光擴(kuò)束后經(jīng)半波片和偏振片調(diào)整其偏振態(tài)之后，經(jīng)半反半透鏡反射至探測(cè)晶體上，又由探測(cè)晶體表面反射后傳播至系統(tǒng)的成像部分，出射的探測(cè)光的偏振態(tài)由于探測(cè)晶體折射率橢球的改變隨之發(fā)生改變，因此探測(cè)光間接獲取了太赫茲光的信息，即獲取了測(cè)試樣品上光致載流子的分布信息。在成像部分，探測(cè)光經(jīng)第四凸透鏡會(huì)聚并由λ/4波片對(duì)其偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)整后入射到偏振分束棱鏡上，分成偏振方向互相垂直、光強(qiáng)相等的兩個(gè)線偏振光束，再經(jīng)第五凸透鏡分別準(zhǔn)直后入射到成像設(shè)備上，成像設(shè)備采用太赫茲差分成像技術(shù)進(jìn)行差分測(cè)量，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。利用本發(fā)明實(shí)施例的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)可以對(duì)測(cè)試樣品進(jìn)行時(shí)空分辨成像，以研究其光致特性，圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例的太赫茲時(shí)空分辨成像方法的流程圖。步驟301，放置測(cè)試樣品，將測(cè)試樣品放入樣品放置架上，該樣品放置架位于探測(cè)晶體入射面一側(cè)。測(cè)試樣品為Si半導(dǎo)體或GaAs半導(dǎo)體等，本發(fā)明實(shí)施例的樣品放置架緊貼探測(cè)晶體入射面放置，以確保透過測(cè)試樣品的太赫茲光的近場(chǎng)信息可以被獲取并且能保證較高的圖像分辨率。步驟302，泵浦光照射測(cè)試樣品，使其產(chǎn)生光致結(jié)果。泵浦光可采用近紅外光脈沖或者脈寬在亞皮秒量級(jí)的太赫茲光脈沖等，優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例中泵浦光為中心波長(zhǎng)為SOOnm的近紅外飛秒脈沖。當(dāng)該飛秒脈沖照射半導(dǎo)體樣品時(shí)，半導(dǎo)體的價(jià)帶電子吸收光子能量，躍遷到導(dǎo)帶，形成瞬態(tài)的光致載流子，因此在半導(dǎo)體樣品上產(chǎn)生特定的光致載流子分布。該光致載流子分布導(dǎo)致半導(dǎo)體樣品的電導(dǎo)率增強(qiáng)，介電常數(shù)和磁導(dǎo)率也發(fā)生改變。
步驟303，太赫茲光共線照射測(cè)試樣品，實(shí)現(xiàn)測(cè)試樣品對(duì)太赫茲電場(chǎng)的調(diào)制。具體地，將太赫茲光進(jìn)行擴(kuò)束后利用ITO導(dǎo)電玻璃將其與泵浦光的傳播方向重合后入射到測(cè)試樣品如半導(dǎo)體樣品上；由于該半導(dǎo)體樣品的電導(dǎo)率增強(qiáng)，其對(duì)太赫茲脈沖的吸收也隨之增強(qiáng)，造成了半導(dǎo)體樣品對(duì)太赫茲光透射率的下降，即半導(dǎo)體樣品上的光致載流子分布對(duì)照射到半導(dǎo)體樣品上的太赫茲電場(chǎng)的波前進(jìn)行了調(diào)制。因此通過半導(dǎo)體樣品的太赫茲光中包含了半導(dǎo)體樣品上光致載流子的分布特性。其中，太赫茲光可由近紅外光脈沖作為太赫茲產(chǎn)生光在ZnTe晶體、LiNbO3晶體或GaAs晶體中通過非線性光整流過程產(chǎn)生，也可以由光導(dǎo)天線產(chǎn)生。本發(fā)明實(shí)施例的方法利用第一凹透鏡LI和拋面鏡PMl實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲光的擴(kuò)束，使泵浦光斑小于太赫茲光斑，以確保對(duì)光致載流子運(yùn)動(dòng)的觀察擁有足夠的視場(chǎng)。步驟304，太赫茲光照射探測(cè)晶體，調(diào)制探測(cè)晶體的折射率橢球。太赫茲光通過電光效應(yīng)調(diào)制探測(cè)晶體的折射率橢球，半導(dǎo)體上光致載流子分布對(duì)太赫茲光的調(diào)制便反映在探測(cè)晶體上。優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例的探測(cè)晶體為ZnTe晶體。步驟305，探測(cè)光照射探測(cè)晶體，探測(cè)探測(cè)晶體的折射率橢球，間接獲取測(cè)試樣品的信息。具體地，探測(cè)光沿與太赫茲光反向共線的方向入射到探測(cè)晶體上，經(jīng)探測(cè)晶體表面垂直反射回來，反射探測(cè)光的偏振態(tài)由于探測(cè)晶體折射率橢球的改變隨之發(fā)生改變，因此探測(cè)光間接獲取了太赫茲光的信息，即獲取了測(cè)試樣品信息如半導(dǎo)體樣品上的光致載流子分布信息。探測(cè)光可采用近紅外光脈沖。本發(fā)明實(shí)施例的方法中，在探測(cè)光照射到探測(cè)晶體之前，利用第二凹透鏡L2和第三凸透鏡L3對(duì)探測(cè)光進(jìn)行擴(kuò)束，經(jīng)λ /2波片206和偏振片207對(duì)其偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)制并保偏后再利用半反半透鏡將一半探測(cè)光反射至探測(cè)晶體。步驟306，調(diào)整探測(cè)光偏振態(tài)為第一偏振態(tài)，利用成像設(shè)備接收探測(cè)光，測(cè)量太赫茲電場(chǎng)的一個(gè)偏振分量民(或Ey)。具體地，利用λ/2波片206調(diào)整探測(cè)光的偏振態(tài)，使其位于第一偏振態(tài)，并由偏振片207對(duì)其保偏。由探測(cè)晶體表面反射回來的探測(cè)光再次經(jīng)過半反半透鏡之后，透射的探測(cè)光傳播至系統(tǒng)的成像部分，經(jīng)第四凸透鏡L4會(huì)聚后入射到偏振分束棱鏡211上,分成兩個(gè)偏振方向互相垂直的線偏振光束。在探測(cè)光到達(dá)偏振分束棱鏡之前，利用λ /4波片210對(duì)探測(cè)光的偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)整，使分開后的兩束線偏振光的光強(qiáng)相等。兩束線偏振的探測(cè)光再經(jīng)第五凸透鏡L5分別準(zhǔn)直后入射到成像設(shè)備(如CCD攝像頭)上。利用第一電動(dòng)平移臺(tái)212連續(xù)改變泵浦光與太赫茲光的光程差，利用第二電動(dòng)平移臺(tái)213連續(xù)改變太赫茲光與探測(cè)光的光程差，成像設(shè)備采用太赫茲差分成像技術(shù)對(duì)探測(cè)光進(jìn)行差分測(cè)量，即測(cè)得被太赫茲光調(diào)制后的兩束線偏振探測(cè)光電場(chǎng)相同方向的分量，將采集到的兩個(gè)圖像相減，從而間接得到經(jīng)測(cè)試樣品上光致載流子分布調(diào)制后的太赫茲電場(chǎng)的偏振分量Ex (或Ey)。步驟307，改變探測(cè)光的偏振態(tài)為第二偏振態(tài)，測(cè)量太赫茲電場(chǎng)的另一個(gè)偏振分量Ey (或 Ex)。優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例中，探測(cè)光的第一偏振態(tài)與太赫茲光偏振方向平行(即O度偏振)或垂直(即90度偏振)，測(cè)量太赫茲電場(chǎng)的偏振分量Εχ。探測(cè)光的第二偏振態(tài)固定在與第一偏振態(tài)方向成45度或-45度夾角的偏振方向,測(cè)量太赫茲電場(chǎng)的偏振分量Ey。
步驟306和步驟307的先后順序可調(diào)換。其中，利用第二電動(dòng)平移臺(tái)連續(xù)改變太赫茲光與探測(cè)光的光程差的實(shí)現(xiàn)方式分為兩種，一種是固定探測(cè)光的光程，由放置于太赫茲產(chǎn)生光路中的第二電動(dòng)平移臺(tái)連續(xù)改變太赫茲光的光程，另一種方式是固定太赫茲光的光程，由放置于探測(cè)光路中的第二電動(dòng)平移臺(tái)連續(xù)改變探測(cè)光的光程。優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例中，采用固定探測(cè)光的光程，由放置于太赫茲產(chǎn)生光路中的第二電動(dòng)平移臺(tái)連續(xù)改變兩束光的光程差。在太赫茲產(chǎn)生晶體的入射面一側(cè)放置機(jī)械斬波器來調(diào)制太赫茲產(chǎn)生光輸出的重復(fù)頻率，或者將機(jī)械斬波器放置于泵浦光路中調(diào)制泵浦光輸出的重復(fù)頻率，電控機(jī)械斬波器，以控制成像設(shè)備對(duì)圖像進(jìn)行同步采集。步驟308，處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)步驟306和步驟307測(cè)得的太赫茲電場(chǎng)的兩個(gè)偏振分量Ex和Ey計(jì)算相對(duì)強(qiáng)度E，得到測(cè)試樣品的太赫茲圖像。相對(duì)強(qiáng)度E的計(jì)算公式為E =
(|Ex|-|Ey|V(|Ex| + |Ey|)。優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例的成像系統(tǒng)由Spectra-physics激光器提供同源的泵浦光、探測(cè)光和太赫茲產(chǎn)生光，該激光器發(fā)射的飛秒脈沖激光的中心波長(zhǎng)為800nm，脈沖持續(xù)時(shí)間為50fs，重復(fù)頻率為1kHz，單光子能量為1.55eV。飛秒激光由激光器出射后依次通過λ /2波片214、偏振分束棱鏡216、λ/2波片215和偏振分束棱鏡217，經(jīng)過兩次分束后產(chǎn)生三路光束，分別為豎直偏振的泵浦光、豎直偏振的探測(cè)光和水平偏振的太赫茲產(chǎn)生光。通過調(diào)節(jié)λ/2波片214和216，使泵浦光，探測(cè)光和太赫茲產(chǎn)生光的平均功率范圍分別為50-100mW、8-10mW和650-700mW。太赫茲光由太赫茲產(chǎn)生光在ZnTe晶體中通過光整流過程產(chǎn)生，產(chǎn)生的太赫茲光的電場(chǎng)強(qiáng)度范圍為5-lOkV/cm，頻率為0.2-2.5THz。如上所述，本發(fā)明實(shí)施例的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)及方法將太赫茲焦平面成像技術(shù)引入太赫茲時(shí)間分辨光譜測(cè)量系統(tǒng)中，即將太赫茲時(shí)間分辨光譜技術(shù)與數(shù)字全息技術(shù)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試樣品光致特性的時(shí)空分辨成像測(cè)量。通過改變太赫茲光與泵浦光之間的時(shí)間延遲并提取太赫茲光譜常數(shù)，反映出測(cè)試樣品光致特性的時(shí)域變化；采用太赫茲光斑照射測(cè)試樣品的不同位置，可對(duì)測(cè)試樣品光致特性的空間分布規(guī)律進(jìn)行觀測(cè)；通過電光采樣法將太赫茲二維信息加載到探測(cè)光的偏振態(tài)上，并利用成像設(shè)備通過差分探測(cè)的方法進(jìn)行提取。這種成像系統(tǒng)可以有效地縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，并且可以更真實(shí)地反映太赫茲電場(chǎng)的二維分布，最終獲取測(cè)試樣品的四維光譜信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試樣品時(shí)空演變過程的全面準(zhǔn)確觀測(cè)，高精度地呈現(xiàn)測(cè)試樣品在超快激光激發(fā)下相變的全貌。本發(fā)明實(shí)施例的時(shí)空分辨成像系統(tǒng)可以應(yīng)用于研究半導(dǎo)體光致載流子的時(shí)空運(yùn)動(dòng)過程，如擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)、漂移運(yùn)動(dòng)。通過選擇合適的半導(dǎo)體樣品利用上述時(shí)空分辨成像系統(tǒng)進(jìn)行成像測(cè)量，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行圖像的重建和優(yōu)化后，從中提取半導(dǎo)體樣品整體的電導(dǎo)率分布，很好地研究了半導(dǎo)體光致載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。具體研究步驟如下:步驟401，選擇半導(dǎo)體樣品，利用時(shí)空分辨成像系統(tǒng)進(jìn)行成像測(cè)量，記錄原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。具體過程如:首先，采用不同功率的泵浦光激勵(lì)不同摻雜濃度的半導(dǎo)體樣品，分別進(jìn)行成像測(cè)量。例如對(duì)一種摻雜濃度的Si半導(dǎo)體樣品施加不同功率的泵浦光作用，以及對(duì)不同摻雜濃度的半導(dǎo)體施加同一功率的泵浦光作用，通過測(cè)量不同情況下的光致載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，根據(jù)下述步驟402所述的方法，從測(cè)量結(jié)果中提取半導(dǎo)體樣品整體的電導(dǎo)率分布，分析不同條件下半導(dǎo)體光致載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)規(guī)律，具體地分析光致載流子在擴(kuò)散過程中的復(fù)合效應(yīng)即光致載流子的濃度梯度、光致載流子之間的碰撞對(duì)光致載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的影響。另外可以評(píng)估在不同條件下半導(dǎo)體光致載流子的壽命以及直接復(fù)合和間接復(fù)合所占的比重。其次，采用不同強(qiáng)度的外加太赫茲電場(chǎng)施加到不同摻雜濃度的半導(dǎo)體樣品上，分別進(jìn)行成像測(cè)量。具體地，在半導(dǎo)體上鍍兩個(gè)平行電極，施加偏置電壓；對(duì)一種摻雜濃度的半導(dǎo)體施加不同外加電場(chǎng)，以及對(duì)不同摻雜濃度的半導(dǎo)體施加同一外加電場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)下述步驟402所述的方法，從測(cè)量結(jié)果中提取半導(dǎo)體樣品整體的電導(dǎo)率分布，觀測(cè)雜質(zhì)和聲子對(duì)載流子散射所導(dǎo)致的影響，分析在提高外加電場(chǎng)強(qiáng)度的過程中，半導(dǎo)體電導(dǎo)率與外加偏置電場(chǎng)之間的非線性效應(yīng)所反應(yīng)的光致載流子空間分布情況的異同，關(guān)注當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)提高到較大值后，谷間散射對(duì)光致載流子的整體分布造成的影響。優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例中，選用低摻雜濃度的化合物GaAs半導(dǎo)體，其具有較高的電阻率，對(duì)太赫茲脈沖具有較好的透射特性，并且具有較高的光致載流子遷移率和較長(zhǎng)的光致載流子壽命，便于觀測(cè)光致載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，還可以保證既觀察到明顯的光致載流子漂移現(xiàn)象，而且不會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體的短路。步驟402、利用數(shù)字全息重建算法對(duì)原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像的重建并優(yōu)化，獲得重建圖像數(shù)據(jù)。 由于太赫茲光的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，電磁波的衍射總會(huì)對(duì)圖像有所影響。為解決這一問題，本發(fā)明實(shí)施例將可見光波段的數(shù)字全息技術(shù)應(yīng)用到太赫茲領(lǐng)域，通過選用適當(dāng)?shù)哪嫜苌鋽?shù)字圖像重建算法對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，以消除衍射對(duì)圖像的影響，提高圖像的清晰度。為半導(dǎo)體光致特性的分析提供高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例中，由于太赫茲電場(chǎng)通過半導(dǎo)體樣品后，在空氣和探測(cè)晶體中的傳播距離約有幾個(gè)波長(zhǎng)，因此選取逆菲涅爾衍射算法，對(duì)所采集的圖像進(jìn)行重建處理。根據(jù)逆菲涅爾衍射積分公式，
權(quán)利要求
1.種太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 樣品放置架(201)，用于放置測(cè)試樣品； 探測(cè)晶體(202)，位于所述樣品放置架(201)的出射面一側(cè)； 泵浦光生成裝置(218)，用于生成泵浦光(I)，所述泵浦光(I)用于照射所述測(cè)試樣品使所述測(cè)試樣品產(chǎn)生光致結(jié)果； 太赫茲光生成裝置，用于生成太赫茲光(II)，所述太赫茲光(II)用于照射所述測(cè)試樣品(201)，獲取所述測(cè)試樣品(201)的信息后照射所述探測(cè)晶體(202)，并通過電光效應(yīng)調(diào)制所述探測(cè)晶體(202)的折射率橢球； 探測(cè)光生成裝置(219)，用于生成探測(cè)光(III)，所述探測(cè)光(III)用于照射所述探測(cè)晶體(202)以探測(cè)所述探測(cè)晶體(202)的折射率橢球，間接獲取所述測(cè)試樣品(201)的信息；和 成像設(shè)備(203)，位于所述探測(cè)光(III)經(jīng)過所述探測(cè)晶體(202)之后的光路中，用于接收所述探測(cè)光(III)，采集所述測(cè)試樣品(201)的太赫茲圖像。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)，其特征在于，所述成像設(shè)備為電荷耦合元件((XD攝像頭)。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)試樣品(201)為Si半導(dǎo)體或GaAs半導(dǎo)體。
4.據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)，其特征在于，所述探測(cè)晶體(202)緊貼所述樣品放置架(201)。
5.據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)，其特征在于，所述探測(cè)晶體(202)為具有電光效應(yīng)的電光晶體。
6.據(jù)權(quán)利要求5所述的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)，其特征在于，所述電光晶體為ZnTe晶體或GaP晶體。
7.據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)，其特征在于，所述太赫茲光生成裝置包括太赫茲產(chǎn)生光生成裝置(220)和太赫茲產(chǎn)生晶體(204)； 所述太赫茲產(chǎn)生光生成裝置用于產(chǎn)生太赫茲產(chǎn)生光(IV)； 所述太赫茲產(chǎn)生光(IV)用于照射所述太赫茲產(chǎn)生晶體(204)以產(chǎn)生所述太赫茲光(II)。
8.據(jù)權(quán)利要求7所述的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)，其特征在于，所述太赫茲產(chǎn)生晶體(204)為ZnTe晶體、LiNbO3晶體或GaAs晶體。
9.據(jù)權(quán)利要求7所述的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)，其特征在于，所述泵浦光生成裝置(218)、所述探測(cè)光生成裝置(219)與所述太赫茲產(chǎn)生光生成裝置(220)為同一個(gè)飛秒脈沖激光器。
10.據(jù)權(quán)利要求9所述的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)，其特征在于，所述飛秒脈沖激光器生成的激光束為中心波長(zhǎng)為800nm，脈沖持續(xù)時(shí)間為50fs，重復(fù)頻率為IkHz的水平線偏振光(V)。
11.據(jù)權(quán)利要求10所述的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)，其特征在于，所述太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)還包括: 偏振分束棱鏡(216)，位于所述水平線偏振光(V)的光路中，用于將所述水平線偏振光(V)分成兩束偏振方向互相垂直的線偏振光即水平線偏振光(VI)和豎直線偏振的泵浦光(I); λ/2波片(214)，位于所述偏振分束棱鏡(216)的入射面一側(cè)，用于調(diào)節(jié)所述水平線偏振光(VI)和泵浦光(I)的相對(duì)光強(qiáng)； 偏振分束棱鏡(217)，位于所述水平線偏振光(VI)的光路中，用于將所述水平線偏振光(VI)分成兩束偏振方向互相垂直的線偏振光即水平線偏振的太赫茲產(chǎn)生光(IV)和豎直線偏振的探測(cè)光(III);和 λ/2波片(215)，位于所述偏振分束棱鏡(217)的入射面一側(cè)，用于調(diào)節(jié)所述太赫茲產(chǎn)生光(IV)和探測(cè)光(III)的相對(duì)光強(qiáng)。
12.據(jù)權(quán)利要求1或7所述的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)，其特征在于，所述時(shí)空分辨成像系統(tǒng)還包括機(jī)械斬波器(205)，與所述成像設(shè)備(203)電連接，用以控制所述成像設(shè)備(203)對(duì)所述測(cè)試樣品(201)的太赫茲圖像進(jìn)行同步采集。
13.據(jù)權(quán)利要求12所述的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)械斬波器(205)位于所述泵浦光(I)照射所述測(cè)試樣品之前的光路中以調(diào)制泵浦光(I)輸出的重復(fù)頻率，或位于所述太赫茲產(chǎn)生光(IV)照射所述太赫茲產(chǎn)生晶體(204)之前的光路中以調(diào)制所述太赫茲產(chǎn)生光(IV)輸出的重復(fù)頻率。
14.據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng),其特征在于,所述時(shí)空分辨成像系統(tǒng)還包括第一凹透鏡(LI)和拋面鏡(PMl)，所述第一凹透鏡(LI)和拋面鏡(PMl)用于對(duì)所述太赫茲光(II)進(jìn)行擴(kuò) 束； 所述第一凹透鏡(LI)位于所述太赫茲產(chǎn)生晶體(204)的入射面一側(cè)； 所述拋面鏡(PMl)位于所述太赫茲產(chǎn)生晶體(204)的出射面一側(cè)。
15.據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)，其特征在于，所述時(shí)空分辨成像系統(tǒng)還包括: λ/2波片(206)，位于所述探測(cè)光(III)照射所述探測(cè)晶體(202)之前的光路中，用于控制所述探測(cè)光(III)的偏振方向；和 偏振片(207)，位于所述λ/2波片(206)的出射面一側(cè)，用于對(duì)所述探測(cè)光(III)的偏振態(tài)進(jìn)行保偏。
16.據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)，其特征在于，所述時(shí)空分辨成像系統(tǒng)還包括:第二凹透鏡(L2)和第三凸透鏡(L3)，所述第二凹透鏡(L2)和所述第三凸透鏡(L3)用于對(duì)所述探測(cè)光(III)進(jìn)行擴(kuò)束；所述第三凸透鏡(L3)位于所述探測(cè)光(III)照射所述探測(cè)晶體(202)之前的光路中； 所述第二凹透鏡(L2)位于所述第三凸透鏡(L3)入射面一側(cè)的焦點(diǎn)處。
17.據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)，其特征在于，所述時(shí)空分辨成像系統(tǒng)還包括納米銦錫金屬氧化物(ITO)導(dǎo)電玻璃(208)，位于所述樣品放置架(201)入射面一側(cè)，用于將所述泵浦光(I)和所述太赫茲光(II)進(jìn)行重合后照射到所述測(cè)試樣品上。
18.據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)，其特征在于，所述時(shí)空分辨成像系統(tǒng)還包括半反半透鏡(209)，位于所述探測(cè)光(III)與探測(cè)晶體(202)軸線的交匯處，用于對(duì)所述探測(cè)光(III)以相等的比例進(jìn)行反射和透射。
19.據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)，其特征在于，所述時(shí)空分辨成像系統(tǒng)還包括: 偏振分束棱鏡(211)，位于所述探測(cè)光(III)透過所述半反半透鏡(209)之后的光路中，用于將透過所述半反半透鏡(209)的所述探測(cè)光(III)分成兩個(gè)偏振方向互相垂直的線偏振光； λ/4波片(210)，位于所述偏振分束棱鏡(211)的入射面一側(cè)，用于調(diào)整所述分成的兩束線偏振光的光強(qiáng)； 第四凸透鏡(L4)，位于所述偏振分束棱鏡(211)的入射面一側(cè)，用于對(duì)透過所述半反半透鏡(209)的所述探測(cè)光(III)進(jìn)行會(huì)聚；和 第五凸透鏡(L5)，位于所述偏振分束棱鏡(211)的出射面一側(cè)，用于對(duì)所述分成的兩束線偏振光進(jìn)行準(zhǔn)直。
20.據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng),其特征在于,所述時(shí)空分辨成像系統(tǒng)還包括第一電動(dòng)平移臺(tái)(212)，位于所述泵浦光(I)的光路中，用于連續(xù)改變所述泵浦光(I)與所述太赫茲光(II)的光程差。
21.據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)，其特征在于，所述時(shí)空分辨成像系統(tǒng)還包括第二電動(dòng)平移臺(tái)(213)，位于所述太赫茲光(II)或所述探測(cè)光(III)的光路中，用于連續(xù)改變所述太赫茲光(II)與所述探測(cè)光(III)的光程差。
22.種太赫茲時(shí)空分辨成像方法，其特征在于，所述方法包括: 將測(cè)試樣品放置于樣品放置架上； 泵浦光照射所述測(cè)試樣品，使所述測(cè)試樣品產(chǎn)生光致結(jié)果； 太赫茲光照射所述測(cè)試樣品，所述測(cè)試樣品對(duì)所述太赫茲光的電場(chǎng)產(chǎn)生調(diào)制； 太赫茲光照射探測(cè)晶體，調(diào)制所述探測(cè)晶體的折射率橢球； 探測(cè)光照射所述探測(cè)晶體，探測(cè)所述探測(cè)晶體的折射率橢球，間接獲取所述測(cè)試樣品的信息； 調(diào)整所述探測(cè)光的偏振態(tài)為第一偏振態(tài)，利用成像設(shè)備接收所述探測(cè)光，測(cè)量所述太赫茲電場(chǎng)的一個(gè)偏振分量Ex 改變所述探測(cè)光的偏振態(tài)為第二偏振態(tài)，利用所述成像設(shè)備測(cè)量所述太赫茲電場(chǎng)的另一個(gè)偏振分量Ey ； 根據(jù)所述測(cè)得的太赫茲電場(chǎng)的兩個(gè)偏振分量Ex和Ey計(jì)算相對(duì)強(qiáng)度Ε，得到所述測(cè)試樣品的太赫茲圖像。
23.據(jù)權(quán)利要求22所述的太赫茲時(shí)空分辨成像方法，其特征在于，所述泵浦光照射所述測(cè)試樣品，使所述測(cè)試樣品產(chǎn)生光致結(jié)果的步驟中，所述測(cè)試樣品為Si半導(dǎo)體或GaAs半導(dǎo)體；所述泵浦光為中心波長(zhǎng)為SOOnm的近紅外飛秒脈沖。
24.據(jù)權(quán)利要求22所述的太赫茲時(shí)空分辨成像方法，其特征在于，所述樣品放置架緊貼所述探測(cè)晶體入射面放置。
25.據(jù)權(quán)利要求23所述的太赫茲時(shí)空分辨成像方法，其特征在于，所述泵浦光照射所述測(cè)試樣品，使所述測(cè)試樣品產(chǎn)生光致結(jié)果的步驟后，在所述半導(dǎo)體樣品上產(chǎn)生光致載流子分布。
26.據(jù)權(quán)利要求23所述的太赫茲時(shí)空分辨成像方法，其特征在于，所述太赫茲光照射所述測(cè)試樣品，所述測(cè)試樣品對(duì)所述太赫茲光的電場(chǎng)產(chǎn)生調(diào)制的步驟具體為，所述半導(dǎo)體樣品上產(chǎn)生的載流子分布使所述半導(dǎo)體樣品電導(dǎo)率增強(qiáng)，造成所述半導(dǎo)體樣品對(duì)所述太赫茲光的吸收增強(qiáng)，進(jìn)而導(dǎo)致所述半導(dǎo)體樣品對(duì)所述太赫茲光的透射率下降。
27.據(jù)權(quán)利要求22所述的太赫茲時(shí)空分辨成像方法，其特征在于，所述太赫茲光照射探測(cè)晶體，調(diào)制所述探測(cè)晶體的折射率橢球的步驟之后，所述測(cè)試樣品對(duì)所述太赫茲光的調(diào)制反映在所述探測(cè)晶體上。
28.據(jù)權(quán)利要求22所述的太赫茲時(shí)空分辨成像方法，其特征在于，所述探測(cè)光照射所述探測(cè)晶體，探測(cè)所述探測(cè)晶體的折射率橢球，間接獲取所述測(cè)試樣品信息的步驟具體為， 所述探測(cè)光沿與所述太赫茲光反向共線的方向入射到所述探測(cè)晶體上； 所述探測(cè)光的偏振態(tài)由于所述探測(cè)晶體折射率橢球的改變隨之發(fā)生改變； 所述探測(cè)光經(jīng)所述探測(cè)晶體表面垂直反射，間接獲取所述太赫茲光的信息，即獲取了所述測(cè)試樣品的信息。
29.據(jù)權(quán)利要求22所述的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)，其特征在于，所述成像設(shè)備為CCD攝像頭。
30.據(jù)權(quán)利要求22所述的太赫茲時(shí)空分辨成像方法，其特征在于，所述調(diào)整所述探測(cè)光的偏振態(tài)為第一偏振態(tài)，利用成像設(shè)備接收所述探測(cè)光，測(cè)量所述太赫茲電場(chǎng)的一個(gè)偏振分量Ex的步驟具體為， 利用λ /2波片調(diào)整所述探測(cè)光的偏振態(tài)，使其位于所述第一偏振態(tài)，并利用偏振片進(jìn)行保偏； 利用偏振分束棱鏡將所述探測(cè)光分成兩個(gè)偏振方向互相垂直的線偏振的探測(cè)光； 利用λ /4波片調(diào)整所述探測(cè)光的偏振態(tài)，使所述分開后的兩束線偏振的探測(cè)光的光強(qiáng)相等； 利用成像設(shè)備接收所述光強(qiáng)相等的兩束線偏振的探測(cè)光，并采用太赫茲差分成像技術(shù)進(jìn)行差分測(cè)量，得到所述太赫茲光的電場(chǎng)的偏振分量Εχ。
31.據(jù)權(quán)利要求30所述的太赫茲時(shí)空分辨成像方法，其特征在于，所述采用太赫茲差分成像技術(shù)進(jìn)行差分測(cè)量的步驟具體為，所述成像設(shè)備分別測(cè)得所述兩束線偏振的探測(cè)光電場(chǎng)相同方向的分量，將采集到的所述兩個(gè)分量相減，間接得到所述太赫茲電場(chǎng)的一個(gè)偏振分量Ex。
32.據(jù)權(quán)利要求22所述的太赫茲時(shí)空分辨成像方法，其特征在于，所述調(diào)整所述探測(cè)光的偏振態(tài)為第一偏振態(tài)，利用成像設(shè)備接收所述探測(cè)光，測(cè)量所述太赫茲電場(chǎng)的一個(gè)偏振分量Ex的步驟和改變所述探測(cè)光的偏振態(tài)為第二偏振態(tài)，利用所述成像設(shè)備測(cè)量所述太赫茲電場(chǎng)的另一個(gè)偏振分量Ey的步驟可調(diào)換順序。
33.據(jù)權(quán)利要求22所述的太赫茲時(shí)空分辨成像方法，其特征在于，所述調(diào)整所述探測(cè)光的偏振態(tài)為第一偏振態(tài)，利用成像設(shè)備接收所述探測(cè)光，測(cè)量所述太赫茲電場(chǎng)的一個(gè)偏振分量Ex的步驟中，所述第一偏振態(tài)與所述太赫茲光偏振方向平行(即O度偏振)或垂直(即90度偏振)； 所述改變所述探測(cè)光的偏振態(tài)為第二偏振態(tài)，利用所述成像設(shè)備測(cè)量所述太赫茲電場(chǎng)的另一個(gè)偏振分量Ey的步驟中，所述第二偏振態(tài)與所述第一偏振態(tài)的偏振方向成45度或-45度夾角。
34.據(jù)權(quán)利要求22所述的太赫茲時(shí)空分辨成像方法，其特征在于，所述根據(jù)所述測(cè)得的太赫茲電場(chǎng)的兩個(gè)偏振分量Ex和Ey計(jì)算相對(duì)強(qiáng)度E，得到所述測(cè)試樣品的太赫茲圖像的步驟中，所述相對(duì)強(qiáng)度E根據(jù)公式E= (|Ex|-|Ey|)/(|Ex| + |Ey|)計(jì)算得到。
35.種太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)的應(yīng)用，其特征在于，所述時(shí)空分辨成像系統(tǒng)被用于研究半導(dǎo)體光致載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，研究的步驟包括: 選擇測(cè)試樣品，利用所述時(shí)空分辨成像系統(tǒng)進(jìn)行成像測(cè)量，記錄原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)； 利用數(shù)字全息重建算法對(duì)所述原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像的重建并優(yōu)化，獲得重建圖像數(shù)據(jù)； 從所述優(yōu)化的重建圖像數(shù)據(jù)中提取所述測(cè)試樣品的電導(dǎo)率分布，分析所述測(cè)試樣品光致載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
36.據(jù)權(quán)利要求35所述的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)的應(yīng)用，其特征在于，所述測(cè)試樣品為GaAs半導(dǎo)體。
37.據(jù)權(quán)利要求35所述的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)的應(yīng)用，其特征在于，所述利用所述時(shí)空分辨成像系統(tǒng)進(jìn)行成像測(cè)量的步驟具體為， 對(duì)一種摻雜濃度的半導(dǎo)體施加不同功率的泵浦光作用，分別進(jìn)行成像測(cè)量；或 對(duì)不同摻雜濃度的半導(dǎo)體施加同一功率的泵浦光作用，分別進(jìn)行成像測(cè)量；或 對(duì)一種摻雜濃度的半導(dǎo)體施加不同外加 偏置電場(chǎng)，分別進(jìn)行成像測(cè)量；或 對(duì)不同摻雜濃度的半導(dǎo)體施加同一外加偏置電場(chǎng)，分別進(jìn)行成像測(cè)量。
38.據(jù)權(quán)利要求35所述的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)的應(yīng)用，其特征在于，所述利用數(shù)字全息重建算法對(duì)所述原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像的重建和優(yōu)化的步驟具體為，利用逆衍射數(shù)字圖像重建算法對(duì)所述原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像的重建和優(yōu)化。
39.據(jù)權(quán)利要求38所述的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)的應(yīng)用，其特征在于，所述逆衍射數(shù)字圖像重建算法為逆菲涅爾衍射算法。
40.據(jù)權(quán)利要求35所述的太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)的應(yīng)用，其特征在于，所述分析所述測(cè)試樣品上光致載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的步驟包括: 利用連續(xù)性方程，研究所述半導(dǎo)體光致載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，具體地根據(jù)所述對(duì)一種摻雜濃度的半導(dǎo)體施加不同功率的泵浦光作用，分別進(jìn)行成像測(cè)量和對(duì)不同摻雜濃度的半導(dǎo)體施加同一功率的泵浦光作用，分別進(jìn)行成像測(cè)量的步驟得到的半導(dǎo)體的電導(dǎo)率分布，分析光致載流子在擴(kuò)散過程中的復(fù)合效應(yīng)即光致載流子的濃度梯度、光致載流子之間的碰撞對(duì)光致載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的影響，評(píng)估半導(dǎo)體光致載流子的壽命，并分析由光致載流子之間的直接碰撞引起的復(fù)合和受到晶格缺陷的作用引起的復(fù)合所占的比重； 利用連續(xù)性方程，研究所述半導(dǎo)體光致載流子漂移運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，具體地根據(jù)所述對(duì)一種摻雜濃度的半導(dǎo)體施加不同外加偏置電場(chǎng)，分別進(jìn)行成像測(cè)量和對(duì)不同摻雜濃度的半導(dǎo)體施加同一外加偏置電場(chǎng)，分別進(jìn)行成像測(cè)量的步驟得到的半導(dǎo)體的電導(dǎo)率分布，分析外加電場(chǎng)強(qiáng)度、光致載流子、雜質(zhì)和聲子之間的散射對(duì)光致載流子漂移運(yùn)動(dòng)的影響； 利用連續(xù)性方程，將所述半導(dǎo)體光致載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與漂移運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一考慮，分析半導(dǎo)體光致載流子的時(shí)空分布特性及半導(dǎo)體的相變過程。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太赫茲時(shí)空分辨成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括樣品放置架；探測(cè)晶體，位于樣品放置架的出射面一側(cè)；泵浦光生成裝置，用于生成泵浦光以照射測(cè)試樣品；太赫茲光生成裝置，用于生成太赫茲光以照射測(cè)試樣品，獲取測(cè)試樣品的信息后照射探測(cè)晶體，并調(diào)制探測(cè)晶體的折射率橢球；探測(cè)光生成裝置，用于生成探測(cè)光以照射探測(cè)晶體，探測(cè)其折射率橢球，間接獲取測(cè)試樣品的信息；和成像設(shè)備，位于探測(cè)光經(jīng)過探測(cè)晶體之后的光路中，用于采集測(cè)試樣品的太赫茲圖像。本發(fā)明將太赫茲焦平面成像技術(shù)引入太赫茲時(shí)間分辨光譜測(cè)量系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試樣品光致特性的時(shí)空分辨成像測(cè)量，獲取四維光譜信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試樣品光致特性的時(shí)空演變過程的全面準(zhǔn)確的觀測(cè)。
文檔編號(hào)G01N21/21GK103091255SQ20131001368
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月15日
發(fā)明者王新柯, 張巖 申請(qǐng)人:首都師范大學(xué)