第三章 光激發－探測 (Pump-Probe)量測系統 3-1 激發－探測量測原理
圖 3-1 激發-探測實驗原理示意圖
在激發－探測實驗中，由雷射所產生的飛秒級脈衝雷射光，先經
ΔR/R =R
pump open- R
pump close/ R
pump close= (I
r/I
i)
pump open– (I
r/I
i)
pump close/(I
r/I
i)
pump close= I
r pump open– I
r pump close/ I
r pump close=ΔI/I
o 式(3-1)
其中
(I
i)
pump open=(I
i)
pump close=(I
r)
pump close≒ I
o
另外，如上述中提到，雷射的重複率為 80 MHz，及脈衝間的間 隔為 200 ns，如果樣品中的弛緩時間大於脈衝間的間隔 200 ns 的話，
我們會看不到樣品全部的弛緩行為。
3-2 激發-探測量測系統
圖 3-2 激發-探測量測系統
激 發 -探 測 量 測 系 統 如 圖 3-2 所 示 ， 雷 射 源 為 鈦 藍 寶 石 雷 射 (Ti:Sapphire Laser)，鎖模後出光中心波長為 800 nm，脈衝寬度 100 fs，
脈衝重複率為 80 MHz。
當 光 進 入 系 統 前 ， 會 先 經 過 一 組 稜 鏡 對 ， 作 為 色 散 補 償(
Dispersion Compensation)，雖然我們的出光時的脈衝寬度為 100 fs，
但因為經過了許多光學元件，例如透鏡、反射鏡、聲光調制器(AO modulator)、真空腔體的玻璃等，這些都會產生色散效應(Positive Group Velocity Dispersion)，使得脈衝變寬成數百個 ps。所以我們運 用稜鏡對作 Negative Group Velocity Dispersion，透過調整光在稜鏡對 中所走的光程，來抵銷眾多光學元件所引起的色散效應，理論上可以
達 時 間 解 析 的 功 能 。 我 們 所 使 用 的 精 密 平 移 台 為 N e w p r o t M-IMS600CCHA。
探測光一開始也會經過一個與激發光路上完全相同的聲光調制 器，但在這個調制器上，我們並不會加上調制頻率，只是為了使激發 及探測光的散情形完全相同，如此一來，我們運用稜鏡對做色散補償 才能夠達相同的效果。接著，探測光會經由分光鏡在分成兩道光，其 中 一 道 經 過 一 個 偏 振 片 後 ， 直 接 導 入 光 偵 測 器 做 為 參 考 訊 號 (R eference)，而另一道則是與激發光相同，透過半波片、偏振片，控制 偏振方向與光強度。
探測光經由樣品表面的反射光(此訊號稱為樣品訊號 Signal)，導 入光偵測器(Photodetector)，另外透過調整偏振片可控制參考訊號強 度，在這裡我們控制參考訊號為樣品訊號的兩倍，則光偵測器中的相 減電路會將樣品訊號減去參考訊號(Signal-Reference)後，將光訊號轉 成電壓訊號，減去參考訊號可避免雷射光源長時間量測時，功率的不 穩定所產生的雜訊。電壓訊號再經由鎖相放大器(Lock-in Amplifier) 及多功能電表(Multimeter)，再透過電腦 LabView 軟體控制，就可以 達到自動化量測與初步數據處理。
3-3 時間延遲零點與脈衝寬度
用一個非線性晶體 BBO (Beta-Barium Borate)。此二階非線性晶體的 特性為，當符合產生二倍頻的角度及偏振下，會吸收兩道頻率相同的化關係，可以估算出脈衝寬度。同時可透過調整稜鏡對的位置，作色
腔抽真空至 10-6 torr。
4. 室溫光譜量測:
於實驗進行中，我們透過光功率計量測激發與探測光的功率，
並透過偏振片與半波片調整兩道光的偏振方向及功率，在本實驗中，
採 用 的 功率為 15 mW 與 1 mW，而兩道光的偏振方向調成互相垂 直，並於偵測器前加上一偏振片，避免激發光進入光偵測器；另外 也必須調整參考訊號的大小，使得參考訊號是樣品反射訊號的兩倍 大，讓光偵測器能順利降低雷射背景雜訊的影響。至於光的重合我們 則是利用 CCD 做觀測，但是由於光路無法達到完全的精準無誤會造 成光點有所偏移，所以為了避免時間延遲裝置在移動過程中，因為光 路無法達到完全的精準無誤而造成光點有所偏移所造成的誤差，一般 實驗時調整光點大小，使得激發光點大於探測光點，如此一來，即使 在時間延遲過程中光點有所細微偏移，都可確保探測光點仍與激發光 點重合，而不會移出激發光點外。