专利名称：太赫兹时空分辨成像系统、成像方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学领域，尤其涉及一种太赫兹时空分辨成像系统、成像方法及其应用。
背景技术：
随着半导体制造工艺和材料的发展，电子芯片的运算速度更高、面积更小、成本更低。由于半导体在外部激励下的相变过程是由其载流子的输运特性所决定的，因此对载流子输运现象的研究是半导体器件研发的基础。太赫兹(Terahertz,简称THz)脉冲技术作为一门独特的远红外测量手段，在目前的科学研究和工业检测中已经展现了其重要的应用潜力。尤其在对半导体载流子特性的研究中，由于太赫兹脉冲具有光子能量低、脉宽窄等特性，既不会对载流子的浓度和输运造成很大影响又可以实现瞬态测量，因此太赫兹时间分辨光谱技术已经成为了半导体器件研发中一项不可或缺的研究方法。图1是现有技术中研究半导体上载流子特性采用的太赫兹时间分辨光谱技术的光学示意图，如图1所示，利用SOOnm近红外光I泵浦半导体样品101，激发其光致特性，再由太赫兹脉冲II与半导体样品101相互作用，携带样品瞬态信息，最后由太赫兹光II与探测光III经过探测晶体102，通过电光采样法测量太赫兹脉冲，观察半导体的瞬态变化。太赫兹测量技术是相干测量，可以同时获得光谱的振幅和相位信息，进而实现对半导体瞬态光学常数的精确分析。由于产生的载流子在半导体上存在浓度梯度，会形成横向和纵向的扩散。一方面，在扩散过程中，载流子会相互碰撞直接复合，或者与半导体中含有的杂质发生相互作用形成间接复合。另一方面，如果存在外加电场或内建电�。亓髯踊岢鱿制圃硕⑶一嵊氚氲继宓缋朐又屎途Ц裾穸⑸�。这些过程都会导致半导体的整体光学性质呈现不均匀性。然而，尽管传统的太赫兹时间分辨光谱技术具有诸多优势，但由于它测量方式的限制，需要将太赫兹光斑聚焦于样品上一点进行探测，所以它只反映了载流子的时域变化特性，并不能呈现出载流子由于扩散现象和漂移现象引起的空间分布特性。
发明内容
本发明的目的是克服利用传统太赫兹时间分辨光谱技术研究半导体的光致载流子演变过程的局限性，以实现对其空间分布特性的研究。为实现上述目的，本发明提供了一种太赫兹时空分辨成像系统。包括:样品放置架，用于放置测试样品；探测晶体，位于所述样品放置架的出射面一侧；泵浦光生成装置，用于生成泵浦光，所述泵浦光用于照射所述测试样品使所述测试样品产生光致结果；太赫兹光生成装置，用于生成太赫兹光，所述太赫兹光用于照射所述测试样品，获取所述测试样品的信息后照射所述探测晶体，并通过电光效应调制所述探测晶体的折射率椭球；
探测光生成装置，用于生成探测光，所述探测光用于照射所述探测晶体以探测所述探测晶体的折射率椭球，间接获取所述测试样品的信息；和成像设备，位于所述探测光经过所述探测晶体之后的光路中，用于接收所述探测光，采集所述测试样品的太赫兹图像。优选地,所述成像设备为电荷稱合元件((XD摄像头)。优选地,所述测试样品为Si半导体或GaAs半导体。优选地，所述探测晶体紧贴所述样品放置架。优选地，所述探测晶体为具有电光效应的电光晶体。优选地，所述电光晶体为ZnTe晶体或GaP晶体。优选地，所述太赫兹光生成装置包括太赫兹产生光生成装置和太赫兹产生晶体；所述太赫兹产生光生成装置用于产生太赫兹产生光；所述太赫兹产生光用于照射所述太赫兹产生晶体以产生所述太赫兹光。优选地,所述太赫兹产生晶体为ZnTe晶体、LiNbO3晶体或GaAs晶体。优选地，所述泵浦光生成装置、所述探测光生成装置与所述太赫兹产生光生成装置为同一个飞秒脉冲激光器。优选地，所述飞秒脉冲激光器生成的激光束为中心波长为800nm，脉冲持续时间为50fs，重复频率为IkHz的水平线偏振光。优选地,所述太赫兹时空分辨成像系统还包括:偏振分束棱镜，位于所述水平线偏振光的光路中，用于将所述水平线偏振光分成两束偏振方向互相垂直的线偏振光即水平线偏振光和竖直线偏振的泵浦光；λ /2波片，位于所述偏振分束棱镜的入射面一侧，用于调节所述水平线偏振光和泵浦光的相对光强；偏振分束棱镜，位于所述水平线偏振光的光路中，用于将所述水平线偏振光分成两束偏振方向互相垂直的线偏振光即水平线偏振的太赫兹产生光和竖直线偏振的探测光；和λ /2波片，位于所述偏振分束棱镜的入射面一侧，用于调节所述太赫兹产生光和探测光的相对光强。优选地，所述时空分辨成像系统还包括机械斩波器，与所述成像设备电连接，用以控制所述成像设备对所述测试样品的太赫兹图像进行同步采集。所述机械斩波器位于所述泵浦光照射所述测试样品之前的光路中以调制泵浦光输出的重复频率，或位于所述太赫兹产生光照射所述太赫兹产生晶体之前的光路中以调制所述太赫兹产生光输出的重复频率。优选地，所述时空分辨成像系统还包括第一凹透镜和抛面镜，所述第一凹透镜和抛面镜用于对所述太赫兹光进行扩束；所述第一凹透镜位于所述太赫兹产生晶体的入射面一侧；所述抛面镜位于所述太赫兹产生晶体的出射面一侧。优选地，所述时空分辨成像系统还包括:λ /2波片，位于所述探测光照射所述探测晶体之前的光路中，用于控制所述探测光的偏振方向；和偏振片，位于所述λ/2波片的出射面一侧，用于对所述探测光的偏振态进行保偏。
优选地，所述时空分辨成像系统还包括第二凹透镜和第三凸透镜，所述第二凹透镜和第三凸透镜用于对所述探测光进行扩束；所述第三凸透镜位于所述探测光照射所述探测晶体之前的光路中；所述第二凹透镜位于所述第三凸透镜入射面一侧的焦点处。优选地，所述时空分辨成像系统还包括纳米铟锡金属氧化物(ITO)导电玻璃，位于所述样品放置架入射面一侧，用于将所述泵浦光和所述太赫兹光进行重合后照射到所述测试样品上。优选地，所述时空分辨成像系统还包括半反半透镜，位于所述探测光与探测晶体轴线的交汇处，用于对所述探测光以相等的比例进行反射和透射。优选地，所述时空分辨成像系统还包括:偏振分束棱镜，位于所述探测光透过所述半反半透镜之后的光路中，用于将透过所述半反半透镜的所述探测光分成两个偏振方向互相垂直的线偏振光；λ /4波片，位于所述偏振分束棱镜的入射面一侧，用于调整所述分成的两束线偏振光的光强；第四凸透镜，位于所述偏振分束棱镜的入射面一侧，用于对透过所述半反半透镜的所述探测光进行会聚；和第五凸透镜，位于所述偏振分束棱镜的出射面一侧，用于对所述分成的两束线偏振光进行准直。优选地，所述时空分辨成像系统还包括第一电动平移台，位于所述泵浦光的光路中，用于连续改变所述泵浦光与所述太赫兹光的光程差。优选地，所述时空分辨成像系统还包括第二电动平移台，位于所述太赫兹光或所述探测光的光路中，用于连续改变所述太赫兹光与所述探测光的光程差。本发明还提供了一种太赫兹时空分辨成像方法。包括:将测试样品放置于样品放置架上；泵浦光照射所述测试样品，使所述测试样品产生光致结果；太赫兹光照射所述测试样品，所述测试样品对所述太赫兹光的电场产生调制；太赫兹光照射探测晶体，调制所述探测晶体的折射率椭球；探测光照射所述探测晶体，探测所述探测晶体的折射率椭球，间接获取所述测试样品的信息；调整所述探测光的偏振态为第一偏振态，利用成像设备接收所述探测光，测量所述太赫兹电场的一个偏振分量Ex改变所述探测光的偏振态为第二偏振态，利用所述成像设备测量所述太赫兹电场的另一个偏振分量Ey ；根据所述测得的太赫兹电场的两个偏振分量Ex和Ey计算相对强度Ε，得到所述测试样品的太赫兹图像。优选地，所述泵浦光照射所述测试样品，使所述测试样品产生光致结果的步骤中，所述测试样品为Si半导体或GaAs半导体；所述泵浦光为中心波长为SOOnm的近红外飞秒脉冲。优选地，所述样品放置架紧贴所述探测晶体入射面放置。优选地，所述泵浦光照射所述测试样品，使所述测试样品产生光致结果的步骤后，在所述半导体样品上产生光致载流子分布。优选地，所述太赫兹光照射所述测试样品，所述测试样品对所述太赫兹光的电场产生调制的步骤具体为，所述半导体样品上产生的载流子分布使所述半导体样品电导率增强，造成所述半导体样品对所述太赫兹光的吸收增强，进而导致所述半导体样品对所述太赫兹光的透射率下降。优选地，所述太赫兹光照射探测晶体，调制所述探测晶体的折射率椭球的步骤之后，所述测试样品对所述太赫兹光的调制反映在所述探测晶体上。优选地，所述探测光照射所述探测晶体，探测所述探测晶体的折射率椭球，间接获取所述测试样品信息的步骤具体为，所述探测光沿与所述太赫兹光反向共线的方向入射到所述探测晶体上；所述探测光的偏振态由于所述探测晶体折射率椭球的改变随之发生改变；所述探测光经所述探测晶体表面垂直反射，间接获取所述太赫兹光的信息，即获取了所述测试样品的信息。优选地，所述成像设备为CXD摄像头。优选地，所述调整所述探测光的偏振态为第一偏振态，利用成像设备接收所述探测光，测量所述太赫兹电场的一个偏振分量Ex的步骤具体为，利用λ/2波片调整所述探测光的偏振态，使其位于所述第一偏振态，并利用偏振片进行保偏；利用偏振分束棱镜将所述探测光分成两个偏振方向互相垂直的线偏振的探测光；利用λ/4波片调整所述探测光的偏振态，使所述分开后的两束线偏振的探测光的光强相等；利用成像设备接收所述光强相等的两束线偏振的探测光，并采用太赫兹差分成像技术进行差分测量，得到所述太赫兹光的电场的偏振分量Ex。优选地，所述采用太赫兹差分成像技术进行差分测量的步骤具体为，所述成像设备分别测得所述两束线偏振的探测光电场相同方向的分量，将采集到的所述两个分量相减，间接得到所述太赫兹电场的一个偏振分量Εχ。优选地，所述调整所述探测光的偏振态为第一偏振态，利用成像设备接收所述探测光，测量所述太赫兹电场的一个偏振分量Ex的步骤和改变所述探测光的偏振态为第二偏振态，利用所述成像设备测量所述太赫兹电场的另一个偏振分量Ey的步骤可调换顺序。优选地，所述调整所述探测光的偏振态为第一偏振态，利用成像设备接收所述探测光，测量所述太赫兹电场的一个偏振分量Ex的步骤中，所述第一偏振态与所述太赫兹光偏振方向平行(即O度偏振)或垂直(即90度偏振)；优选地，所述改变所述探测光的偏振态为第二偏振态，利用所述成像设备测量所述太赫兹电场的另一个偏振分量Ey的步骤中,所述第二偏振态与所述第一偏振态的偏振方向成45度或-45度夹角。优选地，所述根据所述测得的太赫兹电场的两个偏振分量Ex和Ey计算相对强度Ε，得到所述测试样品的太赫兹图像的步骤中，所述相对强度E根据公式E= (IEx 1-1 Ey I) /(I Ex I +1 Ey I)计算得到ο本发明还提供了一种太赫兹时空分辨成像系统的应用，所述时空分辨成像系统被用于研究半导体光致载流子的运动规律，研究的步骤包括:选择测试样品，利用所述时空分辨成像系统进行成像测量，记录原始实验数据；利用数字全息重建算法对所述原始实验数据进行图像的重建并优化，获得重建图像数据；从所述优化的重建图像数据中提取所述测试样品的电导率分布，分析所述测试样品光致载流子的运动规律。优选地，所述测试样品为GaAs半导体。优选地，所述利用所述时空分辨成像系统进行成像测量的步骤具体为，对一种掺杂浓度的半导体施加不同功率的泵浦光作用，分别进行成像测量；或对不同掺杂浓度的半导体施加同一功率的泵浦光作用，分别进行成像测量；或对一种掺杂浓度的半导体施加不同外加偏置电�。直鸾谐上癫饬浚换蚨圆煌粼优ǘ鹊陌氲继迨┘油煌饧悠玫绯。直鸾谐上癫饬�。优选地，所述利用数字全息重建算法对所述原始实验数据进行图像的重建和优化的步骤具体为，利用逆衍射数字图像重建算法对所述原始图像数据进行图像的重建和优化。优选地，所述逆衍射数字图像重建算法为逆菲涅尔衍射算法。优选地，所述分析所述测试样品上光致载流子的运动规律的步骤包括:利用连续性方程，研究所述半导体光致载流子扩散运动的规律，具体地根据所述对一种掺杂浓度的半导体施加不同功率的泵浦光作用，分别进行成像测量和对不同掺杂浓度的半导体施加同一功率的泵浦光作用，分别进行成像测量的步骤得到的半导体的电导率分布，分析光致载流子在扩散过程中的复合效应即光致载流子的浓度梯度、光致载流子之间的碰撞对光致载流子扩散运动的影响，评估半导体光致载流子的寿命，并分析由光致载流子之间的直接碰撞引起的复合和受到晶格缺陷的作用引起的复合所占的比重；利用连续性方程，研究所述半导体光致载流子漂移运动的规律，具体地根据所述对一种掺杂浓度的半导体施加不同外加偏置电�。直鸾谐上癫饬亢投圆煌粼优ǘ鹊陌氲继迨┘油煌饧悠玫绯。直鸾谐上癫饬康牟街璧玫降陌氲继宓牡绲悸史植迹治鐾饧拥绯∏慷�、光致载流子、杂质和声子之间的散射对光致载流子漂移运动的影响；利用连续性方程，将所述半导体光致载流子的扩散运动与漂移运动统一考虑，分析半导体光致载流子的时空分布特性及半导体的相变过程。本发明实施例的太赫兹时空分辨成像系统及方法将太赫兹焦平面成像技术引入太赫兹时间分辨光谱测量系统中，即将太赫兹时间分辨光谱技术与数字全息技术有机结合，实现对测试样品光致特性的时空分辨成像测量。通过改变太赫兹光与泵浦光之间的时间延迟并提取太赫兹光谱常数，反映出测试样品光致特性的时域变化；采用太赫兹光斑照射测试样品的不同位置，可对测试样品光致特性的空间分布规律进行观测；通过电光采样法将太赫兹二维信息加载到探测光的偏振态上，并利用成像设备通过差分探测的方法进行提取。这种成像系统可以有效地缩短实验时间，并且可以更真实地反映太赫兹电场的二维分布，最终获取测试样品的四维光谱信息，实现对测试样品时空演变过程的全面准确观测，高精度地呈现测试样品在超快激光激发下相变的全貌。
图1为现有技术中研究半导体上载流子特性采用的太赫兹时间分辨光谱技术的光学示意图2为本发明实施例的太赫兹时空分辨成像系统示意图。图3为本发明实施例的太赫兹时空分辨成像方法的流程图。
具体实施例方式下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。本发明实施例的成像系统通过将太赫兹焦平面成像技术引入太赫兹时间分辨光谱测量系统中，实现对测试样品光致特性(如半导体光致载流子分布)的时空分辨成像测量；并且将该系统应用于研究半导体在光激励下相变的时空特性，利用光学数字全息技术对原始实验数据进行图像重建和优化，实现对半导体光致载流子时空演变过程的全面准确的观测。图2为本发明实施例的太赫兹时空分辨成像系统示意图。如图所示，该成像系统包括:样品放置架201、探测晶体202、成像设备203、泵浦光生成装置218、太赫兹光生成装置、探测光生成装置219。其中，样品放置架201用于放置测试样品，测试样品可以是Si半导体，GaAs半导体等。探测晶体202是具有电光效应的电光晶体，可采用ZnTe晶体、GaP晶体等。探测晶体位于样品放置架的出射面一侧，优选地，本发明实施例中探测晶体紧贴样品放置架放置，以提高成像分辨率。泵浦光生成装置218用于生成泵浦光I，泵浦光I用于照射测试样品，激发其光致特性。泵浦光可采用近红外飞秒脉冲或者脉宽在亚皮秒量级的太赫兹光脉冲等。本发明实施例中，如测试样品为半导体时，采用近红外飞秒脉冲作为泵浦光照射测试样品时，可产生光致载流子分布，该飞秒脉冲的单光子能量应大于测试样品的带隙能量，以确保光致载流子的激发。太赫兹光生成装置用于生成太赫兹光II，太赫兹光Π用于首先照射测试样品，获取测试样品信息后照射探测晶体，并通过电光效应调制探测晶体的折射率椭球。此处测试样品的信息是指比如半导体样品的光致载流子或者电导率的分布状态等。太赫兹光的频率范围为0.2-2.5THz，可由ZnTe晶体、LiNbO3晶体或GaAs晶体等通过非线性光整流过程产生，也可以由光导天线产生。泵浦光I的光斑尺寸小于太赫兹光的光斑尺寸，以确保对光致载流子运动的观察拥有足够的视场。探测光生成装置219用于生成探测光III，探测光III用于照射探测晶体以探测太赫兹光，间接获取所述测试样品的信息，可采用近红外光脉冲。成像设备203位于探测光(III)经过探测晶体(202)之后的光路中，可采用CCD摄像头(电荷耦合元件)，用于接收所述探测光，采集所述测试样品的太赫兹图像，即太赫兹光透过测试样品后的电场分布图像。将采集的两个图像进行相减，并把光学影像转化为数字信号。泵浦光斑小于太赫兹光斑，以确保对测试样品光致特性的观察拥有足够的视场。太赫兹光生成装置包括太赫兹产生光生成装置220和太赫兹产生晶体204，太赫兹产生光生成装置用于生成太赫兹产生光IV，太赫兹产生光IV用于照射太赫兹产生晶体204以产生太赫兹光。太赫兹产生光可采用近红外光脉冲，太赫兹产生晶体可采用ZnTe晶体、LiNbO3晶体或GaAs晶体等。该成像系统还包括机械斩波器205，与成像设备电连接，用以控制成像设备对图像进行同步采集。机械斩波器可位于太赫兹产生光照射太赫兹产生晶体之前的光路中以调制太赫兹产生光输出的重复频率，也可位于泵浦光照射测试样品之前的光路中以调制泵浦光输出的重复频率。
该成像系统还包括第一凹透镜LI和抛面镜PMl,用于对太赫兹光进行扩束。第一凹透镜LI位于太赫兹产生晶体的入射面一侧；抛面镜PMl位于太赫兹产生晶体的出射面一侧。该成像系统还包括λ /2波片206和偏振片207，λ /2波片206位于探测光照射探测晶体之前的光路中，用于控制探测光的偏振方向，偏振片207位于λ /2波片206的出射面一侧，用于对经过λ /2波片206之后的探测光进行保偏。该成像系统还包括第二凹透镜L2和第三凸透镜L3，用于对探测光进行扩束。第三凸透镜L3位于探测光(III)照射探测晶体之前的光路中；第二凹透镜L2位于第三凸透镜L3入射面一侧的焦点处。该成像系统还包括ITO(纳米铟锡金属氧化物)导电玻璃208，位于样品放置架的入射面一侧，该ITO导电玻璃208可以反射太赫兹光、透射近红外光，如此将沿如图2中所示方向传播的泵浦光和太赫兹光进行重合后照射到测试样品上。该成像系统还包括半反半透镜209，位于所述探测光与探测晶体轴线的交汇处，用于对探测光以相等的比例进行反射和透射，如本发明实施例中，50%的探测光由半反半透镜反射至探测晶体上，使其获取太赫兹光信息后再经探测晶体的表面反射后，50%的反射探测光又透过半反半透镜到达该系统的成像部分。该成像系统还包括λ /4波片210、偏振分束棱镜211、第四凸透镜L4和第五凸透镜L5。其中，偏振分束棱镜位于探测光透过半反半透镜之后的光路中，用于将透过半反半透镜的探测光分成两个偏振方向互相垂直的线偏振光束，利用太赫兹差分成像技术，在成像设备上实现差分测量，可以大大优化系统信噪比；λ /4波片位于偏振分束棱镜的入射面一侦牝用于调整分成的两束线偏振光的光强，以使两束光的光强相等；第四凸透镜L4位于偏振分束棱镜的入射面一侧，用于将探测光会聚入射到偏振分束棱镜上；第五凸透镜L5位于偏振分束棱镜的出射面一侧，用于将分成的两束线偏振的探测光分别进行准直后照射到成像设备上进行成像测量。该成像系统还包括第一电动平移台212，位于泵浦光的光路中，用于连续改变泵浦光与太赫兹光之间的光程差。该第一电动平移台包括平面反射镜Ml和M2，用以改变泵浦光的传播方向。该成像系统还包括第二电动平移台213，位于太赫兹光的光路中或者探测光的光路中，用于连续改变太赫兹光与探测光之间的光程差。该第二电动平移台包括平面反射镜Μ5和Μ6，用以改变太赫兹光或探测光的传播方向。优选地，本发明实施例的成像系统中，泵浦光生成装置、探测光生成装置与太赫兹产生光生成装置为同一个飞秒脉冲激光器，即泵浦光1、探测光III和太赫兹产生光IV产生于同源的飞秒脉冲激光器。如图2所示，该成像系统还包括λ/2波片214-215和偏振分束棱镜216-217。偏振分束棱镜216用于将激光器出射的水平偏振的飞秒脉冲光V分成两束偏振方向互相垂直的线偏振光即水平线偏振光VI和竖直线偏振光I，将竖直线偏振光I作为泵浦光。λ /2波片214位于偏振分束棱镜216的入射面一侧，用于调节水平线偏振光VI和竖直线偏振光I的相对光强。偏振分束棱镜217位于水平线偏振光VI的光路中,用于再次将水平线偏振光VI分成两束偏振方向互相垂直的线偏振光即水平线偏振光IV和竖直线偏振光III,将水平线偏振光作为太赫兹产生光,竖直线偏振光III作为探测光。λ /2波片215位于偏振分束棱镜217的入射面一侧,用于调节水平线偏振光IV和竖直线偏振光III的相对光强。本发明实施例的成像系统还包括反射镜M3-4、M7-10,分布在该系统中适当位置，用于改变光束的传播方向。本发明实施例的成像系统由Spectra-physics激光器提供同源的泵浦光、探测光和太赫兹产生光，该激光器发射的飞秒脉冲激光的中心波长为8 O O nm，脉冲持续时间为50fs，重复频率为1kHz，单光子能量为1.55eV。该成像系统经调制，泵浦光，探测光和太赫兹产生光的平均功率范围分别为50-100mW、8-10mW和650_700mW。太赫兹产生晶体采用ZnTe晶体，通过光整流效应产生的太赫兹光的电场强度范围为5-lOkV/cm，频率为
0.2-2.5THzo本发明实施例的成像系统的主要工作过程如下:飞秒脉冲激光由激光器出射后依次通过λ/2波片214、偏振分束棱镜216、λ/2波片215和偏振分束棱镜217，经过两次分束后产生三路光束，分别为竖直偏振的泵浦光、竖直偏振的探测光和水平偏振的太赫兹产生光。泵浦光照射到测试样品如半导体上，激发样品的光致特性，如在半导体样品上产生特定的光致载流子分布。水平偏振的太赫兹产生光入射到太赫兹产生晶体上，由非线性光整流过程产生水平偏振的太赫兹光；太赫兹光扩束后经ITO导电玻璃与泵浦光的传播方向重合后入射到半导体样品上，半导体样品上的光致载流子分布对太赫兹电场的波前进行了调制。因此通过半导体样品的太赫兹光中包含了半导体样品上光致载流子的分布特性。太赫兹光继续照射到探测晶体上，通过电光效应调制探测晶体的折射率椭球。同时探测光扩束后经半波片和偏振片调整其偏振态之后，经半反半透镜反射至探测晶体上，又由探测晶体表面反射后传播至系统的成像部分，出射的探测光的偏振态由于探测晶体折射率椭球的改变随之发生改变，因此探测光间接获取了太赫兹光的信息，即获取了测试样品上光致载流子的分布信息。在成像部分，探测光经第四凸透镜会聚并由λ/4波片对其偏振态进行调整后入射到偏振分束棱镜上，分成偏振方向互相垂直、光强相等的两个线偏振光束，再经第五凸透镜分别准直后入射到成像设备上，成像设备采用太赫兹差分成像技术进行差分测量，记录实验数据。利用本发明实施例的太赫兹时空分辨成像系统可以对测试样品进行时空分辨成像，以研究其光致特性，图3所示为本发明实施例的太赫兹时空分辨成像方法的流程图。步骤301，放置测试样品，将测试样品放入样品放置架上，该样品放置架位于探测晶体入射面一侧。测试样品为Si半导体或GaAs半导体等，本发明实施例的样品放置架紧贴探测晶体入射面放置，以确保透过测试样品的太赫兹光的近场信息可以被获取并且能保证较高的图像分辨率。步骤302，泵浦光照射测试样品，使其产生光致结果。泵浦光可采用近红外光脉冲或者脉宽在亚皮秒量级的太赫兹光脉冲等，优选地，本发明实施例中泵浦光为中心波长为SOOnm的近红外飞秒脉冲。当该飞秒脉冲照射半导体样品时，半导体的价带电子吸收光子能量，跃迁到导带，形成瞬态的光致载流子，因此在半导体样品上产生特定的光致载流子分布。该光致载流子分布导致半导体样品的电导率增强，介电常数和磁导率也发生改变。
步骤303，太赫兹光共线照射测试样品，实现测试样品对太赫兹电场的调制。具体地，将太赫兹光进行扩束后利用ITO导电玻璃将其与泵浦光的传播方向重合后入射到测试样品如半导体样品上；由于该半导体样品的电导率增强，其对太赫兹脉冲的吸收也随之增强，造成了半导体样品对太赫兹光透射率的下降，即半导体样品上的光致载流子分布对照射到半导体样品上的太赫兹电场的波前进行了调制。因此通过半导体样品的太赫兹光中包含了半导体样品上光致载流子的分布特性。其中，太赫兹光可由近红外光脉冲作为太赫兹产生光在ZnTe晶体、LiNbO3晶体或GaAs晶体中通过非线性光整流过程产生，也可以由光导天线产生。本发明实施例的方法利用第一凹透镜LI和抛面镜PMl实现对太赫兹光的扩束，使泵浦光斑小于太赫兹光斑，以确保对光致载流子运动的观察拥有足够的视场。步骤304，太赫兹光照射探测晶体，调制探测晶体的折射率椭球。太赫兹光通过电光效应调制探测晶体的折射率椭球，半导体上光致载流子分布对太赫兹光的调制便反映在探测晶体上。优选地，本发明实施例的探测晶体为ZnTe晶体。步骤305，探测光照射探测晶体，探测探测晶体的折射率椭球，间接获取测试样品的信息。具体地，探测光沿与太赫兹光反向共线的方向入射到探测晶体上，经探测晶体表面垂直反射回来，反射探测光的偏振态由于探测晶体折射率椭球的改变随之发生改变，因此探测光间接获取了太赫兹光的信息，即获取了测试样品信息如半导体样品上的光致载流子分布信息。探测光可采用近红外光脉冲。本发明实施例的方法中，在探测光照射到探测晶体之前，利用第二凹透镜L2和第三凸透镜L3对探测光进行扩束，经λ /2波片206和偏振片207对其偏振态进行调制并保偏后再利用半反半透镜将一半探测光反射至探测晶体。步骤306，调整探测光偏振态为第一偏振态，利用成像设备接收探测光，测量太赫兹电场的一个偏振分量民(或Ey)。具体地，利用λ/2波片206调整探测光的偏振态，使其位于第一偏振态，并由偏振片207对其保偏。由探测晶体表面反射回来的探测光再次经过半反半透镜之后，透射的探测光传播至系统的成像部分，经第四凸透镜L4会聚后入射到偏振分束棱镜211上,分成两个偏振方向互相垂直的线偏振光束。在探测光到达偏振分束棱镜之前，利用λ /4波片210对探测光的偏振态进行调整，使分开后的两束线偏振光的光强相等。两束线偏振的探测光再经第五凸透镜L5分别准直后入射到成像设备(如CCD摄像头)上。利用第一电动平移台212连续改变泵浦光与太赫兹光的光程差，利用第二电动平移台213连续改变太赫兹光与探测光的光程差，成像设备采用太赫兹差分成像技术对探测光进行差分测量，即测得被太赫兹光调制后的两束线偏振探测光电场相同方向的分量，将采集到的两个图像相减，从而间接得到经测试样品上光致载流子分布调制后的太赫兹电场的偏振分量Ex (或Ey)。步骤307，改变探测光的偏振态为第二偏振态，测量太赫兹电场的另一个偏振分量Ey (或 Ex)。优选地，本发明实施例中，探测光的第一偏振态与太赫兹光偏振方向平行(即O度偏振)或垂直(即90度偏振)，测量太赫兹电场的偏振分量Εχ。探测光的第二偏振态固定在与第一偏振态方向成45度或-45度夹角的偏振方向,测量太赫兹电场的偏振分量Ey。
步骤306和步骤307的先后顺序可调换。其中，利用第二电动平移台连续改变太赫兹光与探测光的光程差的实现方式分为两种，一种是固定探测光的光程，由放置于太赫兹产生光路中的第二电动平移台连续改变太赫兹光的光程，另一种方式是固定太赫兹光的光程，由放置于探测光路中的第二电动平移台连续改变探测光的光程。优选地，本发明实施例中，采用固定探测光的光程，由放置于太赫兹产生光路中的第二电动平移台连续改变两束光的光程差。在太赫兹产生晶体的入射面一侧放置机械斩波器来调制太赫兹产生光输出的重复频率，或者将机械斩波器放置于泵浦光路中调制泵浦光输出的重复频率，电控机械斩波器，以控制成像设备对图像进行同步采集。步骤308，处理实验数据，根据步骤306和步骤307测得的太赫兹电场的两个偏振分量Ex和Ey计算相对强度E，得到测试样品的太赫兹图像。相对强度E的计算公式为E =
(|Ex|-|Ey|V(|Ex| + |Ey|)。优选地，本发明实施例的成像系统由Spectra-physics激光器提供同源的泵浦光、探测光和太赫兹产生光，该激光器发射的飞秒脉冲激光的中心波长为800nm，脉冲持续时间为50fs，重复频率为1kHz，单光子能量为1.55eV。飞秒激光由激光器出射后依次通过λ /2波片214、偏振分束棱镜216、λ/2波片215和偏振分束棱镜217，经过两次分束后产生三路光束，分别为竖直偏振的泵浦光、竖直偏振的探测光和水平偏振的太赫兹产生光。通过调节λ/2波片214和216，使泵浦光，探测光和太赫兹产生光的平均功率范围分别为50-100mW、8-10mW和650-700mW。太赫兹光由太赫兹产生光在ZnTe晶体中通过光整流过程产生，产生的太赫兹光的电场强度范围为5-lOkV/cm，频率为0.2-2.5THz。如上所述，本发明实施例的太赫兹时空分辨成像系统及方法将太赫兹焦平面成像技术引入太赫兹时间分辨光谱测量系统中，即将太赫兹时间分辨光谱技术与数字全息技术有机结合，实现对测试样品光致特性的时空分辨成像测量。通过改变太赫兹光与泵浦光之间的时间延迟并提取太赫兹光谱常数，反映出测试样品光致特性的时域变化；采用太赫兹光斑照射测试样品的不同位置，可对测试样品光致特性的空间分布规律进行观测；通过电光采样法将太赫兹二维信息加载到探测光的偏振态上，并利用成像设备通过差分探测的方法进行提取。这种成像系统可以有效地缩短实验时间，并且可以更真实地反映太赫兹电场的二维分布，最终获取测试样品的四维光谱信息，实现对测试样品时空演变过程的全面准确观测，高精度地呈现测试样品在超快激光激发下相变的全貌。本发明实施例的时空分辨成像系统可以应用于研究半导体光致载流子的时空运动过程，如扩散运动、漂移运动。通过选择合适的半导体样品利用上述时空分辨成像系统进行成像测量，获取实验数据并进行图像的重建和优化后，从中提取半导体样品整体的电导率分布，很好地研究了半导体光致载流子扩散运动和漂移运动的规律。具体研究步骤如下:步骤401，选择半导体样品，利用时空分辨成像系统进行成像测量，记录原始实验数据。具体过程如:首先，采用不同功率的泵浦光激励不同掺杂浓度的半导体样品，分别进行成像测量。例如对一种掺杂浓度的Si半导体样品施加不同功率的泵浦光作用，以及对不同掺杂浓度的半导体施加同一功率的泵浦光作用，通过测量不同情况下的光致载流子的扩散运动，根据下述步骤402所述的方法，从测量结果中提取半导体样品整体的电导率分布，分析不同条件下半导体光致载流子的扩散运动规律，具体地分析光致载流子在扩散过程中的复合效应即光致载流子的浓度梯度、光致载流子之间的碰撞对光致载流子扩散运动的影响。另外可以评估在不同条件下半导体光致载流子的寿命以及直接复合和间接复合所占的比重。其次，采用不同强度的外加太赫兹电场施加到不同掺杂浓度的半导体样品上，分别进行成像测量。具体地，在半导体上镀两个平行电极，施加偏置电压；对一种掺杂浓度的半导体施加不同外加电�。约岸圆煌粼优ǘ鹊陌氲继迨┘油煌饧拥绯〗胁饬�。根据下述步骤402所述的方法，从测量结果中提取半导体样品整体的电导率分布，观测杂质和声子对载流子散射所导致的影响，分析在提高外加电场强度的过程中，半导体电导率与外加偏置电场之间的非线性效应所反应的光致载流子空间分布情况的异同，关注当场强提高到较大值后，谷间散射对光致载流子的整体分布造成的影响。优选地，本发明实施例中，选用低掺杂浓度的化合物GaAs半导体，其具有较高的电阻率，对太赫兹脉冲具有较好的透射特性，并且具有较高的光致载流子迁移率和较长的光致载流子寿命，便于观测光致载流子的扩散运动，还可以保证既观察到明显的光致载流子漂移现象，而且不会导致半导体的短路。步骤402、利用数字全息重建算法对原始实验数据进行图像的重建并优化，获得重建图像数据。 由于太赫兹光的波长较长，电磁波的衍射总会对图像有所影响。为解决这一问题，本发明实施例将可见光波段的数字全息技术应用到太赫兹领域，通过选用适当的逆衍射数字图像重建算法对测量结果进行优化，以消除衍射对图像的影响，提高图像的清晰度。为半导体光致特性的分析提供高质量的实验数据。优选地，本发明实施例中，由于太赫兹电场通过半导体样品后，在空气和探测晶体中的传播距离约有几个波长，因此选取逆菲涅尔衍射算法，对所采集的图像进行重建处理。根据逆菲涅尔衍射积分公式，
权利要求
1.种太赫兹时空分辨成像系统，其特征在于，所述系统包括: 样品放置架(201)，用于放置测试样品； 探测晶体(202)，位于所述样品放置架(201)的出射面一侧； 泵浦光生成装置(218)，用于生成泵浦光(I)，所述泵浦光(I)用于照射所述测试样品使所述测试样品产生光致结果； 太赫兹光生成装置，用于生成太赫兹光(II)，所述太赫兹光(II)用于照射所述测试样品(201)，获取所述测试样品(201)的信息后照射所述探测晶体(202)，并通过电光效应调制所述探测晶体(202)的折射率椭球； 探测光生成装置(219)，用于生成探测光(III)，所述探测光(III)用于照射所述探测晶体(202)以探测所述探测晶体(202)的折射率椭球，间接获取所述测试样品(201)的信息；和 成像设备(203)，位于所述探测光(III)经过所述探测晶体(202)之后的光路中，用于接收所述探测光(III)，采集所述测试样品(201)的太赫兹图像。
2.据权利要求1所述的太赫兹时空分辨成像系统，其特征在于，所述成像设备为电荷耦合元件((XD摄像头)。
3.据权利要求1所述的太赫兹时空分辨成像系统，其特征在于，所述测试样品(201)为Si半导体或GaAs半导体。
4.据权利要求1所述的太赫兹时空分辨成像系统，其特征在于，所述探测晶体(202)紧贴所述样品放置架(201)。
5.据权利要求1所述的太赫兹时空分辨成像系统，其特征在于，所述探测晶体(202)为具有电光效应的电光晶体。
6.据权利要求5所述的太赫兹时空分辨成像系统，其特征在于，所述电光晶体为ZnTe晶体或GaP晶体。
7.据权利要求1所述的太赫兹时空分辨成像系统，其特征在于，所述太赫兹光生成装置包括太赫兹产生光生成装置(220)和太赫兹产生晶体(204)； 所述太赫兹产生光生成装置用于产生太赫兹产生光(IV)； 所述太赫兹产生光(IV)用于照射所述太赫兹产生晶体(204)以产生所述太赫兹光(II)。
8.据权利要求7所述的太赫兹时空分辨成像系统，其特征在于，所述太赫兹产生晶体(204)为ZnTe晶体、LiNbO3晶体或GaAs晶体。
9.据权利要求7所述的太赫兹时空分辨成像系统，其特征在于，所述泵浦光生成装置(218)、所述探测光生成装置(219)与所述太赫兹产生光生成装置(220)为同一个飞秒脉冲激光器。
10.据权利要求9所述的太赫兹时空分辨成像系统，其特征在于，所述飞秒脉冲激光器生成的激光束为中心波长为800nm，脉冲持续时间为50fs，重复频率为IkHz的水平线偏振光(V)。
11.据权利要求10所述的太赫兹时空分辨成像系统，其特征在于，所述太赫兹时空分辨成像系统还包括: 偏振分束棱镜(216)，位于所述水平线偏振光(V)的光路中，用于将所述水平线偏振光(V)分成两束偏振方向互相垂直的线偏振光即水平线偏振光(VI)和竖直线偏振的泵浦光(I); λ/2波片(214)，位于所述偏振分束棱镜(216)的入射面一侧，用于调节所述水平线偏振光(VI)和泵浦光(I)的相对光强； 偏振分束棱镜(217)，位于所述水平线偏振光(VI)的光路中，用于将所述水平线偏振光(VI)分成两束偏振方向互相垂直的线偏振光即水平线偏振的太赫兹产生光(IV)和竖直线偏振的探测光(III);和 λ/2波片(215)，位于所述偏振分束棱镜(217)的入射面一侧，用于调节所述太赫兹产生光(IV)和探测光(III)的相对光强。
12.据权利要求1或7所述的太赫兹时空分辨成像系统，其特征在于，所述时空分辨成像系统还包括机械斩波器(205)，与所述成像设备(203)电连接，用以控制所述成像设备(203)对所述测试样品(201)的太赫兹图像进行同步采集。
13.据权利要求12所述的太赫兹时空分辨成像系统，其特征在于，所述机械斩波器(205)位于所述泵浦光(I)照射所述测试样品之前的光路中以调制泵浦光(I)输出的重复频率，或位于所述太赫兹产生光(IV)照射所述太赫兹产生晶体(204)之前的光路中以调制所述太赫兹产生光(IV)输出的重复频率。
14.据权利要求1所述的太赫兹时空分辨成像系统,其特征在于,所述时空分辨成像系统还包括第一凹透镜(LI)和抛面镜(PMl)，所述第一凹透镜(LI)和抛面镜(PMl)用于对所述太赫兹光(II)进行扩 束； 所述第一凹透镜(LI)位于所述太赫兹产生晶体(204)的入射面一侧； 所述抛面镜(PMl)位于所述太赫兹产生晶体(204)的出射面一侧。
15.据权利要求1所述的太赫兹时空分辨成像系统，其特征在于，所述时空分辨成像系统还包括: λ/2波片(206)，位于所述探测光(III)照射所述探测晶体(202)之前的光路中，用于控制所述探测光(III)的偏振方向；和 偏振片(207)，位于所述λ/2波片(206)的出射面一侧，用于对所述探测光(III)的偏振态进行保偏。
16.据权利要求1所述的太赫兹时空分辨成像系统，其特征在于，所述时空分辨成像系统还包括:第二凹透镜(L2)和第三凸透镜(L3)，所述第二凹透镜(L2)和所述第三凸透镜(L3)用于对所述探测光(III)进行扩束；所述第三凸透镜(L3)位于所述探测光(III)照射所述探测晶体(202)之前的光路中； 所述第二凹透镜(L2)位于所述第三凸透镜(L3)入射面一侧的焦点处。
17.据权利要求1所述的太赫兹时空分辨成像系统，其特征在于，所述时空分辨成像系统还包括纳米铟锡金属氧化物(ITO)导电玻璃(208)，位于所述样品放置架(201)入射面一侧，用于将所述泵浦光(I)和所述太赫兹光(II)进行重合后照射到所述测试样品上。
18.据权利要求1所述的太赫兹时空分辨成像系统，其特征在于，所述时空分辨成像系统还包括半反半透镜(209)，位于所述探测光(III)与探测晶体(202)轴线的交汇处，用于对所述探测光(III)以相等的比例进行反射和透射。
19.据权利要求1所述的太赫兹时空分辨成像系统，其特征在于，所述时空分辨成像系统还包括: 偏振分束棱镜(211)，位于所述探测光(III)透过所述半反半透镜(209)之后的光路中，用于将透过所述半反半透镜(209)的所述探测光(III)分成两个偏振方向互相垂直的线偏振光； λ/4波片(210)，位于所述偏振分束棱镜(211)的入射面一侧，用于调整所述分成的两束线偏振光的光强； 第四凸透镜(L4)，位于所述偏振分束棱镜(211)的入射面一侧，用于对透过所述半反半透镜(209)的所述探测光(III)进行会聚；和 第五凸透镜(L5)，位于所述偏振分束棱镜(211)的出射面一侧，用于对所述分成的两束线偏振光进行准直。
20.据权利要求1所述的太赫兹时空分辨成像系统,其特征在于,所述时空分辨成像系统还包括第一电动平移台(212)，位于所述泵浦光(I)的光路中，用于连续改变所述泵浦光(I)与所述太赫兹光(II)的光程差。
21.据权利要求1所述的太赫兹时空分辨成像系统，其特征在于，所述时空分辨成像系统还包括第二电动平移台(213)，位于所述太赫兹光(II)或所述探测光(III)的光路中，用于连续改变所述太赫兹光(II)与所述探测光(III)的光程差。
22.种太赫兹时空分辨成像方法，其特征在于，所述方法包括: 将测试样品放置于样品放置架上； 泵浦光照射所述测试样品，使所述测试样品产生光致结果； 太赫兹光照射所述测试样品，所述测试样品对所述太赫兹光的电场产生调制； 太赫兹光照射探测晶体，调制所述探测晶体的折射率椭球； 探测光照射所述探测晶体，探测所述探测晶体的折射率椭球，间接获取所述测试样品的信息； 调整所述探测光的偏振态为第一偏振态，利用成像设备接收所述探测光，测量所述太赫兹电场的一个偏振分量Ex 改变所述探测光的偏振态为第二偏振态，利用所述成像设备测量所述太赫兹电场的另一个偏振分量Ey ； 根据所述测得的太赫兹电场的两个偏振分量Ex和Ey计算相对强度Ε，得到所述测试样品的太赫兹图像。
23.据权利要求22所述的太赫兹时空分辨成像方法，其特征在于，所述泵浦光照射所述测试样品，使所述测试样品产生光致结果的步骤中，所述测试样品为Si半导体或GaAs半导体；所述泵浦光为中心波长为SOOnm的近红外飞秒脉冲。
24.据权利要求22所述的太赫兹时空分辨成像方法，其特征在于，所述样品放置架紧贴所述探测晶体入射面放置。
25.据权利要求23所述的太赫兹时空分辨成像方法，其特征在于，所述泵浦光照射所述测试样品，使所述测试样品产生光致结果的步骤后，在所述半导体样品上产生光致载流子分布。
26.据权利要求23所述的太赫兹时空分辨成像方法，其特征在于，所述太赫兹光照射所述测试样品，所述测试样品对所述太赫兹光的电场产生调制的步骤具体为，所述半导体样品上产生的载流子分布使所述半导体样品电导率增强，造成所述半导体样品对所述太赫兹光的吸收增强，进而导致所述半导体样品对所述太赫兹光的透射率下降。
27.据权利要求22所述的太赫兹时空分辨成像方法，其特征在于，所述太赫兹光照射探测晶体，调制所述探测晶体的折射率椭球的步骤之后，所述测试样品对所述太赫兹光的调制反映在所述探测晶体上。
28.据权利要求22所述的太赫兹时空分辨成像方法，其特征在于，所述探测光照射所述探测晶体，探测所述探测晶体的折射率椭球，间接获取所述测试样品信息的步骤具体为， 所述探测光沿与所述太赫兹光反向共线的方向入射到所述探测晶体上； 所述探测光的偏振态由于所述探测晶体折射率椭球的改变随之发生改变； 所述探测光经所述探测晶体表面垂直反射，间接获取所述太赫兹光的信息，即获取了所述测试样品的信息。
29.据权利要求22所述的太赫兹时空分辨成像系统，其特征在于，所述成像设备为CCD摄像头。
30.据权利要求22所述的太赫兹时空分辨成像方法，其特征在于，所述调整所述探测光的偏振态为第一偏振态，利用成像设备接收所述探测光，测量所述太赫兹电场的一个偏振分量Ex的步骤具体为， 利用λ /2波片调整所述探测光的偏振态，使其位于所述第一偏振态，并利用偏振片进行保偏； 利用偏振分束棱镜将所述探测光分成两个偏振方向互相垂直的线偏振的探测光； 利用λ /4波片调整所述探测光的偏振态，使所述分开后的两束线偏振的探测光的光强相等； 利用成像设备接收所述光强相等的两束线偏振的探测光，并采用太赫兹差分成像技术进行差分测量，得到所述太赫兹光的电场的偏振分量Εχ。
31.据权利要求30所述的太赫兹时空分辨成像方法，其特征在于，所述采用太赫兹差分成像技术进行差分测量的步骤具体为，所述成像设备分别测得所述两束线偏振的探测光电场相同方向的分量，将采集到的所述两个分量相减，间接得到所述太赫兹电场的一个偏振分量Ex。
32.据权利要求22所述的太赫兹时空分辨成像方法，其特征在于，所述调整所述探测光的偏振态为第一偏振态，利用成像设备接收所述探测光，测量所述太赫兹电场的一个偏振分量Ex的步骤和改变所述探测光的偏振态为第二偏振态，利用所述成像设备测量所述太赫兹电场的另一个偏振分量Ey的步骤可调换顺序。
33.据权利要求22所述的太赫兹时空分辨成像方法，其特征在于，所述调整所述探测光的偏振态为第一偏振态，利用成像设备接收所述探测光，测量所述太赫兹电场的一个偏振分量Ex的步骤中，所述第一偏振态与所述太赫兹光偏振方向平行(即O度偏振)或垂直(即90度偏振)； 所述改变所述探测光的偏振态为第二偏振态，利用所述成像设备测量所述太赫兹电场的另一个偏振分量Ey的步骤中，所述第二偏振态与所述第一偏振态的偏振方向成45度或-45度夹角。
34.据权利要求22所述的太赫兹时空分辨成像方法，其特征在于，所述根据所述测得的太赫兹电场的两个偏振分量Ex和Ey计算相对强度E，得到所述测试样品的太赫兹图像的步骤中，所述相对强度E根据公式E= (|Ex|-|Ey|)/(|Ex| + |Ey|)计算得到。
35.种太赫兹时空分辨成像系统的应用，其特征在于，所述时空分辨成像系统被用于研究半导体光致载流子的运动规律，研究的步骤包括: 选择测试样品，利用所述时空分辨成像系统进行成像测量，记录原始实验数据； 利用数字全息重建算法对所述原始实验数据进行图像的重建并优化，获得重建图像数据； 从所述优化的重建图像数据中提取所述测试样品的电导率分布，分析所述测试样品光致载流子的运动规律。
36.据权利要求35所述的太赫兹时空分辨成像系统的应用，其特征在于，所述测试样品为GaAs半导体。
37.据权利要求35所述的太赫兹时空分辨成像系统的应用，其特征在于，所述利用所述时空分辨成像系统进行成像测量的步骤具体为， 对一种掺杂浓度的半导体施加不同功率的泵浦光作用，分别进行成像测量；或 对不同掺杂浓度的半导体施加同一功率的泵浦光作用，分别进行成像测量；或 对一种掺杂浓度的半导体施加不同外加 偏置电�。直鸾谐上癫饬浚换� 对不同掺杂浓度的半导体施加同一外加偏置电�。直鸾谐上癫饬俊�
38.据权利要求35所述的太赫兹时空分辨成像系统的应用，其特征在于，所述利用数字全息重建算法对所述原始实验数据进行图像的重建和优化的步骤具体为，利用逆衍射数字图像重建算法对所述原始图像数据进行图像的重建和优化。
39.据权利要求38所述的太赫兹时空分辨成像系统的应用，其特征在于，所述逆衍射数字图像重建算法为逆菲涅尔衍射算法。
40.据权利要求35所述的太赫兹时空分辨成像系统的应用，其特征在于，所述分析所述测试样品上光致载流子的运动规律的步骤包括: 利用连续性方程，研究所述半导体光致载流子扩散运动的规律，具体地根据所述对一种掺杂浓度的半导体施加不同功率的泵浦光作用，分别进行成像测量和对不同掺杂浓度的半导体施加同一功率的泵浦光作用，分别进行成像测量的步骤得到的半导体的电导率分布，分析光致载流子在扩散过程中的复合效应即光致载流子的浓度梯度、光致载流子之间的碰撞对光致载流子扩散运动的影响，评估半导体光致载流子的寿命，并分析由光致载流子之间的直接碰撞引起的复合和受到晶格缺陷的作用引起的复合所占的比重； 利用连续性方程，研究所述半导体光致载流子漂移运动的规律，具体地根据所述对一种掺杂浓度的半导体施加不同外加偏置电�。直鸾谐上癫饬亢投圆煌粼优ǘ鹊陌氲继迨┘油煌饧悠玫绯。直鸾谐上癫饬康牟街璧玫降陌氲继宓牡绲悸史植迹治鐾饧拥绯∏慷�、光致载流子、杂质和声子之间的散射对光致载流子漂移运动的影响； 利用连续性方程，将所述半导体光致载流子的扩散运动与漂移运动统一考虑，分析半导体光致载流子的时空分布特性及半导体的相变过程。
全文摘要
本发明涉及一种太赫兹时空分辨成像系统。该系统包括样品放置架；探测晶体，位于样品放置架的出射面一侧；泵浦光生成装置，用于生成泵浦光以照射测试样品；太赫兹光生成装置，用于生成太赫兹光以照射测试样品，获取测试样品的信息后照射探测晶体，并调制探测晶体的折射率椭球；探测光生成装置，用于生成探测光以照射探测晶体，探测其折射率椭球，间接获取测试样品的信息；和成像设备，位于探测光经过探测晶体之后的光路中，用于采集测试样品的太赫兹图像。本发明将太赫兹焦平面成像技术引入太赫兹时间分辨光谱测量系统中，实现对测试样品光致特性的时空分辨成像测量，获取四维光谱信息，实现对测试样品光致特性的时空演变过程的全面准确的观测。
文档编号G01N21/21GK103091255SQ20131001368
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月15日 优先权日2013年1月15日
发明者王新柯, 张岩 申请人:首都师范大学
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