激發-探測實驗系統

極化飛秒光譜系統架構，如圖 4-2 所示，系統光源是由固態雷射 (Solid-Laser)激發鎖模鈦-藍寶石(mode-locked Ti:sapphire)雷射之後，產生中 心波長為 800 nm，脈衝寬度為 20 fs 和脈衝重複率為 75 MHz 的脈衝雷射。

圖 4-2 極化飛秒激發-探測系統圖 AOM :聲光晶體調制器. P : 極化片. CCD :攝影機.

D : 延遲控制器. F :函數產生器. RF : RF 驅動器.

M : 精密電表. PD :光偵測器.

第四章 極化飛秒光譜實驗系統及研究 HTSC 特性之原理

雷射光經由出光到達樣品表面需經過許多的光學元件，例如：反射鏡、

聲光調制器(Acousto-optic modulator)、透鏡、偏振片等，這些光學元件會對 雷射光造成 positive group velocity dispersion (GVD)，因此會導致脈衝變寬 達數百 ps，所以在光路上我們安排雷射光經過一稜鏡對(prism pair)做色散補 償(Dispersion compensation)，使雷射脈衝寬度到達樣品時能維持在＜45 ps。

雷射光在經過稜鏡對之後，會經過分光鏡( beam splitter)分成能量不同 的激發光和探測光，能量比為 8：2，然後再分別進入聲光晶體調制器 (acousto-optic modulator，AOM)，其中激發光光路上的 AOM 其頻率調制在 97.7 kHz，調供一調制頻率以便鎖相放大器擷取訊號。

接下來，激發光束會經過一個時間延遲裝置(time delay stage)，主要由 高精密平移台與平行反射鏡所構成，透過控制精密平移台的移動位置與距 離，可以決定激發光與探測光之脈衝到達樣品時的相對時間。

在激發光進入低溫系統之前，會先經過半波片(half-wave plate)、偏振 片(polarizer)及聚焦鏡，偏振片與半波片的功能主要用來控制光的偏振方向 與控制光能量的強度，聚焦鏡則是把雷射光聚焦於樣品表面上。

對於探測光而言，與激發光束一樣會先經過完全相同的聲光調制器，

制器加上任何的調制訊號，最後再經過半波片、偏振片以及聚焦透鏡使得 其焦點在樣品上。

激發光與探測光到達樣品表面的光點直徑分別約為 120 μm 與 80 μm，

故在樣品上，探測光的光點可以均勻分佈於激發光的光點內，以確保探測 的區域在激發區內，接下來我們擷取經樣品反射後的探測光，使用光偵測 器(photo detector)將光訊號轉換成電壓訊號，再利用鎖相放大器(lock-in amplifier)與多功能電表(multimeter)分別量測，再透過電腦使用 LabView 軟 體進行自動化量測與數據擷取。

變溫的量測則將樣品置於低溫設備中，為了使樣品降溫，我們將樣品 固定在一個真空腔內，利用渦卷幫浦(Scroll pump)以及渦輪幫浦(turbo pump) 可將真空抽至 10^-6 torr 左右，降溫方式採取開放式的液氦冷卻系統，控溫方 式使用 Lake Shore 331 控溫器配合液氦流量進行控溫。

本實驗系統中，激發光及探測光之偏振方向可藉由光路上的二分之一 波片獨立調整(Φ1,Φ2)，如圖 4-3 所示。藉此設計，我們可以分別量測 (100)Y0.7Ca0.3Ba2Cu3O7-δ薄膜上，沿著 b-axis 方向的飛秒光譜

第四章 極化飛秒光譜實驗系統及研究 HTSC 特性之原理

圖 4-3 極化激發－探測示意圖