使用349NX激光器进行SiC的拉曼光谱和光致发光实验

2024-03-06 09:33:14, 圈内人都会关注 上海昊量光电设备有限公司


来自Linköping University的Ivan Ivanov教授团队利用Skylark的349nm激光器成功替代了实验室中的陈旧氩离子气体激光器,在4H-SiC和6H-SiC材料的光致发光以及拉曼光谱实验中获得了清晰的结果。349NX具有无干扰信号、线宽窄、能效高、尺寸小、维护成本低、使用寿命长等特点,为实验提供了准确性与灵活性。

近日,来自Linköping University的Ivan Ivanov教授团队利用Skylark的349NX激光器成功替代了实验室中的陈旧氩离子气体激光器,在4H-SiC和6H-SiC材料的光致发光以及拉曼光谱实验中获得了清晰的结果。英国Skylark公司致力于单频激光器的研发,而这次实验室采购的型号349NX拥有349nm的激光波长和100mw的输出功率。

Ivanov教授解释,他们采购这款激光器是为了替代实验室中使用的陈旧氩离子激光器,因为后者已经无法满足目前实验的功率要求。该激光器的引入将为团队在SiC材料的带隙激发方面提供更为可靠和高效的工具。此外,349nm激光(3.55 eV)也被证明是替代351nm氩离子激光器的理想选择。

虽然单频激光器在光致发光方面并非必需,但在拉曼光谱的研究中,其极窄的线宽或成为至关重要的因素。Ivanov教授解释,拉曼光谱需要激发激光的线宽小于0.1 Å,而这款349NX激光器的指定线宽为500 kHz,对应于349 nm处的2×10-6 Å,这大大满足了实验的要求。同时,由于激光的相干长度超过了100米,这台激光器也在其他应用领域表现出色。

该团队还强调了349NX与传统气体激光器相比的几个优势。首先,349NX激光器的发射在光谱上非常纯净,仅在激光线附近可能存在微弱的扰动。相比之下,气体激光器的发射包含多个等离子体线,这些线可能会淹没被测光谱,从而影响实验结果。其次,该激光器的工作效率远高于气体激光器,将激光输出的光功率与输入的电功率相除,349NX的表现更为出色。这也使得实验的设计更加紧凑,冷却要求更为宽松,提高了设备的便携性。最后,Ivanov教授指出,激光器的稳定性和均方根参数与气体激光器相当,但激光器的使用寿命更长,维护成本更低。对比而言,气体激光器在发生故障时往往需要更换昂贵的激光管,而激光器只需更换泵浦二极管或倍频晶体,维修成本也更为低廉。

实验数据

Ivan Ivanov教授进行的首次测试是使用349nm激光束替换自制微型拉曼系统中的532nm激光束。虽然分束器等光学元件将物镜入瞳处的光功率降低至< 2 mW,使用Skylark 349NX,他们仍然获取了4H-SiC和6H-SiC的清晰拉曼光谱,包括二阶拉曼谱带,如图1所示。

图1 使用349NX激光器获得的4H-SiC和6H-SiC的拉曼光谱

因为实验使用的二向色镜对拉曼光谱测量来说并不是最适宜的,所以低于~520 cm-1的光谱线被削减。然而,通过使用适应于349nm的光学系统,利用349NX所进行的微型拉曼测量是完全可行的。这需要一个调整后的光学装置来适配349nm波长。

使用配备GaAs光电倍增管和光栅的双单色仪重复4H-SiC和6H-SiC上的拉曼光谱测量,得到的光谱如图2所示。除了该系统提供的更高分辨率之外,使用349NX的实验还具有其他优点。例如不需要对激光线进行过滤,因此整个激光功率可用于激发光谱,并且实验设置比使用滤光单色仪更简单、更灵活。

图2 使用双单色仪获得的4H-SiC和6H-SiC的拉曼光谱

正如预期的那样,在>155 cm-1区域的光谱没有伪影。然而,在<155 cm-1的区域,可以看到一些微弱的谱线。这些谱线不是源自样品,而是由激光引起的,用星号标记。这些谱线的强度随着与特征距离偏移的距离缩短而增强。然而,在低于~150 cm-1的范围内,这些伪影的强度比气体激光器激光线附近的等离子线也要低得多。

教授利用一块4H-SiC样品测得了一个光谱,如图3所示。正如前面提到的,349NX激光器不需要滤光,这极大地简化了实验设置,其得到的光谱也没有激光产生的伪影,只包含样品中有用的线,这是激光纯净性的结果。相比之下,未经过滤的氩离子激光器在351nm处会产生大量等离子体线,淹没原始光谱。

图3 使用349NX激光器获得的4H-SiC在AB线区域(640 - 760 nm)的光致发光谱。

Skylark 349 NX激光器易于使用,启动时间与氩离子激光器相当,激光束的形状也近似呈高斯分布,是一种出色的拉曼光谱与光致发光激发光源。其与氩激光器相比仍然具有一些优势。349NX光谱纯净,不像氩离子激光器那样存在杂散光谱,无需额外的滤光单色仪。激光器的功率预计在寿命内能保持恒定,小巧轻便,可以在实验室之间轻松携带,为实验提供了额外的灵活性。

除此之外,Skylark也推出了320nm窄线宽紫外连续激光器,输出功率可达200 mW,线宽<0.5 MHz,相干距离>100 m。上海昊量光电可为您提供专业的选型以及技术服务。

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产品负责人:李工

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