使用349NX激光器進行SiC的拉曼光譜和光致發(fā)光實驗

介紹

來自Link?ping University的Ivan Ivanov教授團隊利用Skylark的349NX激光器成功替代了實驗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)光以及拉曼光譜實驗中獲得了清晰的結(jié)果。349NX具有無干擾信號、線寬窄、能效高、尺寸小、維護成本低、使用壽命長等特點，為實驗提供了準(zhǔn)確性與靈活性。

正文

近日，來自Link?ping University的Ivan Ivanov教授團隊利用Skylark的349NX激光器成功替代了實驗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)光以及拉曼光譜實驗中獲得了清晰的結(jié)果。英國Skylark公司致力于單頻激光器的研發(fā)，而這次實驗室采購的型號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驗室中使用的陳舊氬離子激光器，因為后者已經(jīng)無法滿足目前實驗的功率要求。該激光器的引入將為團隊在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 ?，這大大滿足了實驗的要求。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。

該團隊還強調(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，從而影響實驗結(jié)果。其次，該激光器的工作效率遠高于氣體激光器，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。這也使得實驗的設(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。

實驗數(shù)據(jù)

Ivan Ivanov教授進行的第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

因為實驗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的實驗還具有其他優(yōu)點。例如不需要對激光線進行過濾，因此整個激光功率可用于激發(fā)光譜，并且實驗設(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。這些譜線的強度隨著與特征距離偏移的距離縮短而增強。然而，在低于~150 cm-1的范圍內(nèi)，這些偽影的強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，這極大地簡化了實驗設(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，可以在實驗室之間輕松攜帶，為實驗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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