(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210855193.3 (22)申请日 2022.07.19 (71)申请人 北京计算机技 术及应用研究所 地址 100854 北京市海淀区永定路51号 (72)发明人 姚鹏　刘宴伶　任建新　高彤　 王浩枫　 (74)专利代理 机构 中国兵器 工业集团公司专利 中心 11011 专利代理师 辛海明 (51)Int.Cl. G01N 21/552(2014.01) G01N 21/01(2006.01) G02F 1/015(2006.01) (54)发明名称 基于石墨烯异质结的半导体材料激子共振 吸收的调制系统 (57)摘要 本发明涉及一种基于石墨烯异质结的半导 体材料激子共振吸收的调制系统， 属于超快激光 泵浦探测领域。 本发明调制系统包括光源系统、 差分系统和调制探测系统； 光源系统包括二极管 激光器、 钛宝石激光器、 光学参量放大器、 第一光 学器件(1)、 第三光学器件(3)和第四光学器件 (4)， 差分系统包括位移平台、 斩波器、 锁相放大 器和第二光学器件(2)， 调制探测系统包括异质 结样品、 显微物 镜、 相机、 第五光学器件(5)、 第六 光学器件(6)。 本发明实现了对二维半导体材料 激子共振吸收的调制； 同时， 由于采用非接触的 光学探测手段， 因此保证了样品的完整性和测试 结果的准确性， 能够在保证样品不受损坏的前提 条件下， 反复进行探测。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 115219457 A 2022.10.21 CN 115219457 A 1.一种基于石墨烯异质结的半导体材料激子共振吸收的调制系统， 其特征在于， 该调 制系统包括光源系统、 差 分系统和调制探测系统； 光源系统包括二极管激光器、 钛宝石激光 器、 光学参量放大器、 第一光学器件(1)、 第三光学器件(3)和第四光学器件(4)， 差分系统包 括位移平台、 斩波器、 锁相放大器和第二光学器件(2)， 调制探测系统包括异质结样品、 显微 物镜、 相机、 第五光学器件(5)、 第六光学器件(6)、 第七光学器件(7)、 第八光学器件(8)、 第 九光学器件(9)和光学探测器； 其中， 二极管激光器连接钛宝石激光器， 二极管激光器用于激发钛宝石激光器， 钛宝石激光 器持续输出脉冲激光； 钛宝石激光器连接第一光学器件(1)， 第一光学器件(1)将脉冲激光 分为两束光， 一束作为调制激光， 通过第三光学器件(3)和第四光学器件(4)传输至第五光 学器件(5)， 用于激发石墨烯材料， 另一束作为探测激光， 被引入光学参量放大器， 光学参量 放大器的输出光输出至位移平台， 将 被用于激发与石墨烯组成异质结样品的二维半导体材 料； 探测激光被引入位移平台， 位移平台的输出光通过第二光学器件(2)传输至斩波器， 斩 波器的输出连接至第七光学器件(7)， 同时， 斩波器连接锁相放大器； 其中， 位移平台用于改 变探测激光和调制激光到达异质结样品表面的时间， 从而 形成比调制激光早或者晚到达样 品表面的情况， 所形成的时间差被用于时间解析信号的衰减过程； 探测激光被斩波器以一 定频率斩断， 同时， 斩波器与锁相放大器相连， 用于信号的捕捉和放大； 调制激光通过第五光学器件(5)， 被引入显微物镜， 显微物镜的焦点位于异质结样品表 面， 调制激光被聚焦于样品表面， 仅用于激发石墨烯； 同时， 探测激光通过第七光学器件(7) 反射后， 穿过第六光学器件(6)、 第五光学器件(5)被引入显微物镜， 探测激光将 被显微物镜 聚焦于异质结样品表面， 仅用于激发二维半导体材料； 然后， 经过异质结样品吸收反射的探 测激光通过第五光学器件(5)、 第六光学器件(6)、 第七光学器件(7)以及第八光学器件(8)， 到达光电探测器， 形成电信号送入锁相放大器； 同时， 经过异质结样品吸收反射的探测激光 通过第五光学器件(5)、 第六光学器件(6)以及第九光学器件(9)到达相机， 相机用于观 察异 质结样品的位置 。 2.如权利要求1所述的基于石墨烯异质结的半导体材料激子共振吸收的调制系统， 其 特征在于， 所述第一光学器件(1)、 第五光学器件(5)、 第六光学器件(6)、 第七光学器件(7) 为半透半反镜， 所述第二光学器件(2)、 第三光学器件(3)、 第四光学器件(4)、 第九光学器件 (9)为反射镜， 第八光学器件(8)为滤波片。 3.如权利要求1所述的基于石墨烯异质结的半导体材料激子共振吸收的调制系统， 其 特征在于， 钛宝石激光器产生的激光为650nm到950nm范围内的脉冲激光， 钛宝石激光器产 生飞秒级别的脉冲激光， 利用了钛宝石激光器产生的飞秒级别的脉冲激光， 在激发石墨烯 以改变二维半导体材料周围的介电环境的同时， 引入探测激光， 以实现对二维半导体材料 的激子共振吸收的调制结果探测。 4.如权利要求3所述的基于石墨烯异质结的半导体材料激子共振吸收的调制系统， 其 特征在于， 钛宝石激光器通过模式锁定， 输出的两束脉冲激光之间的时间 间隔约为13纳秒。 5.如权利要求1所述的基于石墨烯异质结的半导体材料激子共振吸收的调制系统， 其 特征在于， 所述二 维半导体材料的激子共振吸收为A激子共振吸收； 调制激光的光子能量应 小于二维半导体材料 的A激子共振吸收能量， 而探测激光的光子能量应等于二维半导体材权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115219457 A 2料的A激子共振吸收能量， 且二 者之间的波长 差距应大于 30纳米。 6.如权利要求1所述的基于石墨烯异质结的半导体材料激子共振吸收的调制系统， 其 特征在于， 光学参量放大器的输出激光波长应与二维半导体材料 的A激子共振吸收波长一 致。 7.如权利要求6所述的基于石墨烯异质结的半导体材料激子共振吸收的调制系统， 其 特征在于， 斩波器的截断频率应与锁相放大器的设置频率相同， 范围是20 00‑3000Hz。 8.如权利要求1所述的基于石墨烯异质结的半导体材料激子共振吸收的调制系统， 其 特征在于， 位移平台为机械位移平台， 通过引入机械位移平台， 探测激光的光程会随着 机械 位移平台的移动而发生连续的改变， 从而实现对二维半导体材料A激子共振吸收信号的时 间分辨探测。 9.如权利要求1所述的基于石墨烯异质结的半导体材料激子共振吸收的调制系统， 其 特征在于， 调制激光和探测激光均通过显微物镜垂直汇聚在异质结样品表面。 10.如权利要求9所述的基于石墨烯异质结的半导体材料激子共振吸收的调制系统， 其 特征在于， 第八光学器件(8)为滤波片， 滤波片的作用是过滤调制激光， 使得光电探测 器只 接收探测激光。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115219457 A 3