长寿命吸收过程对超快动力学过程测量的影响

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1、物理学报AetaPhys．Sin．Voi．60，No．11(2011)117802长寿命吸收过程对超快动力学过程测量的影响术王文芳陈科邬静达文锦辉赖天树(中山大学光电材料与技术国家重点实验室，物理科学与工程技术学院，广州510275)(2011年1月17日收到；2011年2月24日收到修改稿)使用飞秒时间分辨抽运一探测透射光谱技术，实验研究了CaAs体材料中光激发载流子的超快弛豫动力学的波长依赖．在相同的光激发载流子浓度和抽运／探测比时，发现760Flin和780nm两中心波长处的瞬态透射变化延迟扫描信号出现负的和振荡的信号．与模拟计算结果对比，判定该实验

2、瞬态信号是错误的．分析探测器输出波形，发现是由于反相波形导致的，而引起反相波形的原因在于样品中存在长寿命的吸收过程．指出通过提高探测器上的抽运／探测比能够矫正反相波形，从而获得正确的瞬态透射变化动力学．提高探测器上的抽运／探测比与目前的应尽量减小抽运光对探测器的散射贡献的观点是对立的．文章的研究结果对应用抽运-探测时间分辨光谱技术正确地测量超快瞬态动力学过程具有重要的参考价值．关键词：时间分辨抽运．探测透射光谱，饱和吸收，吸收增强，GaAs体材料PACS：78．47．J一，78．20．Ci。78．66．Fd弱越好．然而，本文通过对GaAs的波长依赖抽运一1

3、．引言探测实验结果演示，发现探测器上的抽运／探测比是一个非常重要的参数．它的值过小会导致错误抽运一探测时间分辨光谱技术是目前实验研究的时间分辨瞬态信号．相反，增大此比值，反而能超快现象与超快过程的重要手段之一，被广泛应获得正确的时间分辨瞬态信号．分析指出是由于用于半导体中超快载流子¨和自旋动力学以长寿命吸收过程导致了探测信号相位反转，而增及铁磁薄膜中超快退磁甚至磁化反转’动力学加探测器上的抽运／探测比，正好能够矫正相位反研究．因而，获取正确的超快时间分辨瞬态信号就转，从而获得正确的瞬态信号．成为正确认识超快过程的前提．怎样才能采集到正确的时间分辨瞬态信号呢

4、?至今还没有深入的2．实验研究报道给出获取正确的时间分辨瞬态信号的基本判据，而只有一些基本的共识，即尽量使用高的钛宝石自锁模激光器产生的脉宽约60fs，中抽运／探测比和尽量多地滤除探测器上的抽运散心波长在750—855nm范围可调，重复率约96射光．然而，这样的共识并不是获得正确的时间分MHz的激光脉冲列，通过一个标准的非共线抽运一辨瞬态信号的充分条件，因为常见到一些文献在探测实验装置，输出强度比为20：1，偏振平行的抽遵循了此共识的情况下，报道一些奇怪的振荡实验瞬态信号，物理上无法解释，如文献[1，7]所示．运与探测光束．其中探测光通过光学延迟线，实现事

5、实上那些振荡信号可能是错误的，是由于探测抽运一探测光脉冲之间的时间延迟控制．抽运和探器上的抽运／探测比的设置不正确而导致的错误测光通过同一个50mm焦距的正透镜聚焦在0．5结果．探测器上的抽运／探测比在目前的抽运．探测m厚的半绝缘GaAs薄膜样品上的同一点．透过时间分辨光谱测量中的确是一个被忽视的因素。样品的探测光强变化由光电二极管和锁相放大器通常认为此比值应该越小越好，即抽运散射光越检测．国家自然科学基金(批准号：10874247，61078027)资助的课题．十通讯联系人．E—mail：stslts@mail．sysu．edu．cn⑥2011中国物理学

6、会ChinesePhysicalSocietyhttp：／／wulixb．．ac．crt117802—1物理学报ActaPhys．Sin．~o1．60，No．11(2011)1178023．实验结果及讨论3．1．瞬态透射变化的波长依赖图1中实线所示为室温下、抽运激发载流子浓度恒定约为3．75X10”CITI时，测量的本征GaAs在5个不同中心波长处的瞬态透射变化率的时间延迟扫描曲线．波长等于和大于800nm时，信号正常，由零点附近的正峰和其后的慢弛豫过程组成．正峰的贡献来源包括相干假象、光谱烧孔’加和载流时N~／ps子热化效应，而其后的慢弛豫反映载流子复合

7、动力学．随波长缩短，透射变化率减弱，主要是因为高测器上抽运／探测比保持不变时，不同波长下的瞬态透射变化率能级上的载流子布居数减少，带填充效应减弱．然时间延迟曲线．而带空心符号的线为增大探测器上抽运／探测比而，780rim和760nm波长的透射变化率时间延迟后测量的760nm和780nm波长的瞬态透射变化率时间延迟曲线则出现了振荡现象．在延迟零点前首先出现下曲线凹负信号，然后780nm曲线很快再变回正的饱和吸收信号，经过约0．7ps后再次变为负信号，而760其中c=(1p2(E)1)，(=l，h，分另unm曲线经历一个小振荡后，一直保持为负信号．这为轻空穴和

8、重空穴)，E=}icc)为光子能量，E为带样的振荡信号物理上是难于