实现磁光技术研究InSe光自旋动力学

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实现磁光技术研究InSe光自旋动力学

在图1中可以看到至少采用其中一种光学测量的实验装置。所有的测量都是在低温下在高磁场的磁光低温恒温器中完成的。偏振PL的一般光学设置如图1a所示。在输入端，有一个短通滤波器(SPass)，一个线性偏振器(LP)和一个四分之一波片(QWP)。然后，圆形或线性极化光束通过50:50的分束器(BS)，其中50%被引导到attoDRY2100磁光低温恒温器(1.7 K基温，9 T超导磁铁)内的物镜。然后，从样品(S)反射的光束通过圆偏振收集光学元件(QWP和LP)，用长通滤光片(LPass)过滤，然后聚焦到光纤上，该光纤通向带有ccd相机(Andor)的750毫米光谱仪。采用可调谐连续波光源进行光激发。

图1.a)是极化PL设置。在输入端和输出端分别加一个短通(SPass)和长通(LPass)来降低泵浦激光噪声。在收集方面，光纤可以通向光谱仪或单光子计数器。泵浦探针时间分辨装置b)有一个FM(翻转镜)，可用于在TR(光电二极管)和TRKR(平衡光电二极管)测量之间切换。S是样本的缩写。

所有的时间分辨测量都是在Quantum Design的OptiCool的测试版中完成的(图2)。该系统的温度范围为1.5 - 350k，磁场达到7t。对于光学访问，有七个侧窗和一个顶窗。样品阶段为半径6厘米，而超导磁体内缘之间的空间为9厘米，这为定制件提供了充足的空间(图2c)。该系统的特性允许多种磁光实验配置。因此，泵探针测量和TRPL测量使用这个多功能系统进行。可调谐的76 MHz Ti:Sapphire激光器(700 - 980 nm)用于所有时间分辨测量，无论是作为主要激光源还是作为可调谐光学参量振荡器(OPO)的泵浦，OPO是一个可见的(580 - 700 nm)脉冲激光腔。

在进行TRPL或偏振TRPL测量时，在OptiCool中使用了与稳态偏振PL测量(图1a)类似的设置。使用Quantum Design的低工作距离顶窗选项(图2b)，可以使用100倍长工作距离物镜实现约4µm的光斑尺寸。对于TRPL测量，设置了输入和收集的QWPs，以便通过它们的光将是线性的。不是将光收集到通往光谱仪的光纤中，而是通过通往微光子器件(MPD)单光子计数器的光纤收集光。它连接到一个时间相关的单光子计数模块HydraHarp 400，该模块被输入Ti:蓝宝石激光(76 MHz)的重复频率，以触发光子计数进行时间分辨测量。

图2.量子设计公司的OptiCool有几个对各种实验有用的功能a)。也有额外的附加组件，如低工作距离窗口b)。这个窗口可以用来取代标准的顶部窗口。侧窗通道和顶窗通道的定制部件可以在c)中看到。这也允许样品与磁场(7 T)垂直(侧安装)或平行(顶安装)测量。

对于泵-探头时间分辨测量方案(图1b)，使用50:50的板分束器来创建泵臂和探头臂。泵浦与探测光束之间的时间间隔由机械延迟线控制。在半反射镜(HM)上入射前，用波片调节泵的偏振。HM允许泵与探测光束平行排列，但空间间隔为1英寸。从OptiCool低温恒温器的外窗到中心的距离大约为15 cm。使用焦距为15厘米的2英寸透镜将光束聚焦到距离低温恒温器中心约3 - 4厘米的样品上。这里的字段与设定值的偏差小于1%。在这个Voigt几何中，泵和探头光束的典型尺寸分别为65µm和30µm。因此，横向尺寸至少为60 μ m × 60 μ m的样品可以获得zui佳信号。

在光束被样品反射后，它们可以被引导到单个光电二极管或使用翻转安装镜(FM)的平衡光电二极管。单光电二极管用于TR，平衡光电二极管用于TRKR。对于TR，使用半波片(HWP)使泵相对于探头交叉极化。收集后，线性偏振器(LP)被定向滤除任何泵浦散射之前，剩余的光进入单个光电二极管。对于TRKR, QWP用于将泵设置为圆形螺旋之一。经过反射后，调频向下翻转，光束通过HWP和格兰-汤普森(GT)偏振器。对于这两种测量技术，泵被斩波在100千赫，而探头解调与一个锁定放大器。为了降低TRKR测量中的噪声，探头也在1khz被切碎，100 kHz的解调进入1khz的第二个解调器，以过滤掉泵浦散射产生的意外信号。

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