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光致发光( Photoluminescence)、拉曼光谱(Raman spectroscopy)

光致发光是一种纯光学实验。外界光源照射样品,样品中的原子获得能量,从基态跃迁到激发态,当激发态原子返回基态时辐射荧光,通过探测器接收荧光,这种荧光反映了样品的电子结构。PL测试可以在任何温度下进行,但是常温下低能态现象通常会被热效应掩盖,因此需要在低温下进行。

光致发光可以分为两类:宏观PL和微观PL。

宏观PL样品多为块状,不需要离样品很近时光束收集,Janis标准的开环及闭环恒温器系统的振动级别都可满足实验要求。

大多数标准型的Janis光学型样品在真空型恒温器都可用于PL测试。如果用户需要闭循环制冷机,推荐使用Janis 10K闭循环制冷机 CCS-150 CCS-100/202 或者4K闭循环制冷机 SHI-4-2可根据需要配置更大制冷量的冷头,不过PL测试的热负载通常很小,所以标准型的CCS-150SHI-4-2冷量足够。对于用户性价比更高的系统可推荐连续流型ST-100 低温恒温器系统。

 

                    

 10K闭循环制冷机CCS-150                4K闭循环制冷机SHI-4-2        连续流型低温恒温器 ST-100

 

激发光束和PL信号通常在可见光波段,所以UV级熔融石英是理想的窗材。如果荧光是在UV级(不考虑小于300nm的波段),可以使用价格便宜的熔融石英窗。

        当低温恒温器与商业光谱仪连接,可根据需要定制紧凑型样品腔。推荐Janis 10K CCS-350或者紧凑型4 K SHI-4S-1,以及ST-300开环低温恒温器。

 

                                   

                             Janis 紧凑型光学制冷机 CCS-350                    Janis ST-300紧凑型光学制冷机系统

 

微观PL谱的样品尺寸很小例如量子点,实验技术要求高。要求系统稳定性和减振性好。

推荐使用Janis ST-500显微镜型低温恒温器,振动可以减小到15nm(配置合适的样品托)。ST-500Janis开环系统中振动最低的,特殊设计的热交换器带有相反方向的进气口和出气口使样品漂移率非常低。

微观PL谱光学信号通常使用显微镜物镜收集,数值孔径高,工作距离短,样品更接近窗口。ST-500低温恒温器样品到窗片内表面的距离可定制,样品托也可根据样品到窗片的距离定制。Janis建议样品与窗片距离至少为2mm以避免窗口结雾。然而,某些用户要求显微镜工作距离更短。Janis可以设计样品托满足要求,但请用户注意窗片会结雾。

ST-500恒温器可与多数PL光谱仪匹配,但是有些光谱仪空间可能不够如果需要更紧凑型的,推荐使用Janis ST-500UC (Ultra Compact)。ST-500UCST-500低温恒温器原理相同,因此振动及漂移参数几乎相同,但ST-500UC液氦消耗量更多。

 

      

 

                       Janis 标准型ST-500                                                             Janis 紧凑型ST-500UC

 

研究微观PL效应通常需要表面形貌测试。Janis可提供定制型ST-500低温恒温器,内置纳米定位台可在光路中进行纳米级移动。

      

                                    

                                                     Janis 带有三轴纳米定位台的ST-500低温恒温器

 

ST-500低温恒温器具有多样性,进行微观PL效应的ST-500低温恒温器可通过更换样品托、电学接头和顶盖等部件成为适用于其他实验的低温恒温器。请查阅ST-500获取更多可选应用配置。

闭循环制冷机用于微观PL效应面临巨大的挑战。所有的闭循环制冷机都有几微米或者几十微米的振动,对测试结果有很大影响。Janis减振型系统包括10K CCS-204-XG-M4K SHI-4XG-5-M制冷机,采用独特的减振技术可将振动减小到±45nm,冷却过程中样品稳定性不如ST-500CCS-204-XG-M冷头与样品之间无机械性连接,由交换气体提供热接触,而冷头单独支撑,该种设计冷头便于拆卸烘烤。

 

     

        CCS-204-XG-M                                       SHI-4XG-5-M