來自Link?ping University的Ivan Ivanov教授團隊利用Skylark的349nm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材料的光致發光以及拉曼光譜實驗中獲得了清晰的結果。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,為實驗提供了準確性與靈活性。
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材料的光致發光以及拉曼光譜實驗中獲得了清晰的結果。英國Skylark公司致力于單頻激光器的研發,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重要的因素。Ivanov教授解釋,拉曼光譜需要激發激光的線寬小于0.1 ?,而這款349NX激光器的指定線寬為500 kHz,對應于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用領域表現出色。
該團隊還強調了349NX與傳統氣體激光器相比的幾個優勢。首先,349NX激光器的發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的表現更為出色。這也使得實驗的設計更加緊湊,冷卻要求更為寬松,提高了設備的便攜性。最后,Ivanov教授指出,激光器的穩定性和均方根參數與氣體激光器相當,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。
實驗數據
Ivan Ivanov教授進行的首次測試是使用349nm激光束替換自制微型拉曼系統中的532nm激光束。雖然分束器等光學元件將物鏡入瞳處的光功率降低至< 2 mW,使用Skylark 349NX,他們仍然獲取了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,通過使用適應于349nm的光學系統,利用349NX所進行的微型拉曼測量是完全可行的。這需要一個調整后的光學裝置來適配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。除了該系統提供的更高分辨率之外,使用349NX的實驗還具有其他優點。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光譜,并且實驗設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
正如預期的那樣,在>155 cm-1區域的光譜沒有偽影。然而,在<155 cm-1的區域,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,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置,其得到的光譜也沒有激光產生的偽影,只包含樣品中有用的線,這是激光純凈性的結果。相比之下,未經過濾的氬離子激光器在351nm處會產生大量等離子體線,淹沒原始光譜。
圖3 使用349NX激光器獲得的4H-SiC在AB線區域(640 - 760 nm)的光致發光譜。
Skylark 349 NX激光器易于使用,啟動時間與氬離子激光器相當,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光激發光源。其與氬激光器相比仍然具有一些優勢。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。激光器的功率預計在壽命內能保持恒定,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的選型以及技術服務。
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