Badania


Laboratoria


Grupa Optycznej Spektroskopii Nanostruktur posiada dobrze wyposażone laboratoria, w których przeprowadza się badania naukowe. Studenci Nanoinżynierii biorą udział w eksperymentach w ramach pracowni oraz projektów, a także podczas wykonywania prac licencjackich i magisterskich. W LOSN znajduje się wiele układów pomiarowych, do różnego typu badań spektroskopowych oraz dla różnych obszarów spektralnych.

Optyczna spektroskopia modulacyjna

eq_1.jpg
Techniki modulacyjne są podstawowym rodzajem spektroskopii optycznej, wykorzystywanej przez LOSN. Są one niezwykle skuteczne przy badaniu nanostruktur półprzewodnikowych, przynoszą wyniki w temperaturze pokojowej i są nieniszczące. Podstawą ich działania jest pomiar zmian widma odbicia (co w dobrym przybliżeniu odpowiada widmom absorpcji) od badanej struktury pod wpływem zewnętrznego czynnika modulującego, jak światło laserowe (fotoodbicie), bądź pola elektryczne (elektroodbicie).
W LOSN znajduje się kilka układów do badań modulacyjnych, przeznaczonych dla różnych obszarów spektralnych. Modulacja jest osiągana dzięki zastosowaniu kondensatorów powietrznych oraz laserów gazowych, półprzewodnikowych i na ciele stałym, o różnych długościach fali emitowanego światła. Detekcja sygnału polega na rozdzieleniu go na pojedyncze linie spektralne przez monochromatory (elementy dyspersyjne, rozszczepiające światło) i zmierzeniu jego intensywności przez odpowiedni detektor, dostosowany do badanego obszaru spektralnego. W LOSN możliwe są pomiary w zakresie UV, widzialnym i podczerwieni, od 250 nm do 10 μm.
W przypadku konieczności wykonywania eksperymentów w sterowanych warunkach możliwe jest kontrolowanie temperatury w zakresie 5-400 K, ciśnienia do 1,8 GPa i pola magnetycznego do 5 T.

Luminescencja

eq_luminescence.jpg
Eksperymenty emisyjne w LOSN są wykonywane poprzez pomiar fotoluminescencji, gdy mierzona jest emisja pobudzana przez wiązkę laserową modulowaną mechanicznie. Pomiary te mogą być uzupełniane o pobudzanie luminescencji, gdzie wyznacza się zależność odpowiedzi układu od długości fali światła powodującego emisję. Podobnie jak w przypadku technik modulacyjnych, pomiary można wykonywać w różnych warunkach i obszarach spektralnych. Dodatkowo, dzięki zastosowaniu kamer CCD, istnieje możliwość rejestrowania szerokiego fragmentu widma jednocześnie, co zdecydowanie skraca czas pomiarów. Do pomiarów pojedynczych obiektów kwantowych służy układ mikrofotoluminescencyjny, w którym wiązka światła pobudzającego jest skupiana do rozmiarów około 1 μm przez specjalny achromatyczny obiektyw mikroskopowy. Układ jest ustawiony na stole optycznym z aktywnym układem tłumienia, gdyż najmniejsze drgania uniemożliwiają osiągnięcie odpowiedniej precyzji pomiaru.

Spektroskopia rodzielona w czasie

eq_2.bmp
W celu wykonywania pomiarów dynamicznych procesów zachodzących w nanostrukturach półprzewodnikowych niezbędne jest wykorzystanie impulsowego źródła światła, o impulsach długości porównywalnej z czasem trwania badanych zjawisk. W LOSN jądrem układu czasowo-rozdzielczego są dwa lasery tytan-szafir, pompowane bardzo stabilnym laserem dużej mocy (18 W). Obydwa oferują dużą moc w impulsie, ultra krótkie impulsy o długości 140 fs lub 1,5 ps (w zależności od wyboru ustawienia), w zakresie spektralnym 700-1080 nm z częstotliwością repetycji 76 MHz. Istnieje możliwość synchronizacji sygnałów emitowanych przez oba lasery. Wykorzystanie optycznych oscylatorów parametrycznych OPO oraz generatorów drugiej i trzeciej częstotliwości harmonicznej poszerza dostępny zakres widmowy od 266 nm do 3,3 μm.
eq_2.bmp
Układ detekcji składa się z dwóch kamer smugowych, sprzężonych z monochromatorami, umożliwiającymi pomiary dynamiki w zakresie spektralnym od 250 nm do 1600 nm i zakresie czasowym od 200 ps do 1 ms, z rozdzielczością lepszą niż 15 ps. Do pomiarów w dalszej podczerwieni oraz wymagających rozdzielczości czasowej porównywalnej z długością generowanych impulsów wykorzystuje się technikę pompa-sonda, w której na próbkę padają dwa impulsy światła, rozdzielone czasowo. Pierwszy impuls (pompa) zmienia własności badanej struktury, drugi impuls (sonda) sprawdza, jak długo zmiana ta się utrzymuje. W celu wprowadzenia kontrolowanego przesunięcia czasowego między dwoma impulsami LOSN wykorzystuje dwie linie opóźniające (układy luster o zmiennej odległości) wysokiej rozdzielczości.