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極化飛秒光譜實驗方法及步驟

在系統架設完畢,我們著手開始進行量測實驗,樣品量測的步驟 如下:

1. 由於進行低溫量測實驗,所以必須將樣品黏貼於降溫系統的樣品 固定座上。黏貼樣品時,我們使用碳膠,一方面附著力較強,另 外由於碳膠是黑色,光入射樣品穿透至固定座上有較少的反射 光,減少干涉現象的產生。在黏貼樣品時,務必要使樣品緊貼於 銅座上,確保傳導良好,避免不必要的熱效應產生。

2. 放入真空腔中,先旋轉樣品的角度,以確保金鏡將探測光反射到 光偵測器上而不會擋到任何一條入射光,此時將激發光路上的 AOM 打開,頻率調整到 97.7KHz,再將光偵測器的電壓供應器打 開,之後調整金鏡、光偵測器、光偵測器之前的透鏡及針孔(pinhole) 的相對位置,確定偵測到的光強度在0.3~0.6VDC 的範圍,之後任 意移動光點在樣品上的位置,確定偵測器上的強度無太大的變 化,確認樣品相對於入射光是垂直的。

3. 開機械幫浦(rotary pump)開始抽真空,等壓力降至 10-2 torr,再

光譜儀來檢測雷射目前的狀況是否穩定,可降低光譜量測時雜訊 的影響。爾後確認光路從出光源到樣品之間的光路,是否完全經 過原先架設好的針孔中,重新確認光路是否有偏差。

5. 一切確認好之後,先在室溫量測標準樣品,在每次量測起始都要 確定激發光與探測光兩者的能量、偏振方向與光點在樣品表面上 之重合,利用power meter 校正激發光束功率與探測光束功率比為 40mW:1mW。在偏振方向上,如果樣品表面無軸向解析,如(001)

Y0.7Ca0.3Ba2Cu3O7-δ,我們將激發光束與探測光束的偏振方向調整 為互相垂直,避免光譜擷取時,激發光束與探測光束產生干涉

(interference)現象,蓋過原有的真實訊號。如果樣品表面具有軸 向解析,則需將激發光束與探測光束偏振方向同時調整平行於欲 觀察的軸向上。在光點重合方面,我們使用架設好的 CCD 以及監 視器,觀察光點在空間上是否重合,為了方便觀察,我們將激發 光束的聚焦光點調整大於探測光束的光點,確保探測光完全在激 發光點內部。另外在光偵測器方面,由於有signal 和 reference 兩 個channel,在擷取數據上,偵測器會自動把我們接收到的信號扣 除背景訊號,得到我們真正薄膜的瞬時反射率信號。所以每當在 量測確認power 之後,需將 signal 和 reference 的訊號調整為 1:2,

方可確保光偵測器出來的訊號是正確的。

6. 室溫量測確認標準樣品有訊號以及雷射狀況允許量測時,著手進 行降溫動作,我們使用液氦進行降溫,搭配溫控器的控溫。隨著 所要控制的溫度高低,液氦流量的控制也要留意,減少控溫會造 成的溫差。等溫度達到穩定之後,則重複步驟五開始量測。

在本章節中,我們將討論超快光學實驗中,經由量測、分析得到 的瞬時反射率、弛緩時間隨著溫度變化的情形。

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