7. Bố cục của luận án
2.2.9. Phương pháp phân tích phổ hấp thụ cảm ứng (TIA)
Thời gian sống của hạt tải điện sinh ra trong các quá trình kích thích quang học được tiến hành thí nghiệm thông qua phân tích phổ hấp thụ cảm ứng tức thời, trên hệ đo Pump - Probe (Bơm - Dò) tại Viện khoa học phân tử Van't Hoff, Đại học Amsterdam, Hà Lan. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của hệ đo hấp thụ cảm ứng được thể hiện trên hình 2.3.
Hệ đo hấp thụ cảm ứng có độ phân giải thời gian femto giây (fs) hoạt động theo nguyên lý sau: chùm tia laze xung được tạo ra từ nguồn laze rắn Ti - Sapphire được đưa qua bộ khuếch đại tần số tạo ra chùm ánh sáng có bước sóng 340 nm với tần số f = 1 kHz. Tiếp đó tín hiệu gửi qua các bộ khuếch đại tham số quang OPA (Optical Parametric Amplifiers) chùm sáng tạo ra chùm bơm và chùm dò. Chùm bơm và chùm dò có độ rộng xung khoảng 130 fs. Tiếp đó chùm bơm được đi qua bộ chớp và đến mẫu cần đo. Chùm dò sau khi được tạo ra cùng thời gian với chùm bơm được đưa theo một hệ thống đường trễ và gương phản xạ tạo ra một chùm dò. Sau đó, chùm dò được dẫn thông qua một bộ
54
chuyển đổi ánh sáng trắng, tạo ra một phổ ánh sáng có bước sóng trong khoảng 900 ÷ 1600 nm (ứng với năng lượng từ 1,35 ÷ 0,9 eV ) trước khi truyền đến mẫu như hình 2.3 và 2.4.
Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ đo hấp thụ cảm ứng tức thời [126].
Kích thước của chùm bơm được chọn lớn hơn so với kích thước của chùm dò để đảm bảo được sự chồng chéo hoàn toàn của chùm dò. Tất cả các thí nghiệm hấp thụ cảm ứng được thực hiện ở nhiệt độ phòng. Tín hiệu của chùm bơm và chùm dò sau khi qua mẫu sẽ gửi qua một thấu kính hội tụ, tiếp đó được thu lại bởi một cảm biến chuyển đổi hình ảnh quang học sang tín hiệu (Charge Coupled Device - CCD) và gửi đến máy tính.
Hình 2.4 Mô tả tín hiệu bơm - dò tại mẫu nghiên cứu
Tín hiệu CCD thu được từ chùm dò khi có sự xuất hiện của chùm bơm, được ký hiệu Ipump+probe. Tín hiệu CCD thu được từ đầu dò khi không có sự xuất hiện của chùm ánh sáng bơm (pumb), được ký hiệu Ilin.abs.probe, đây chính là cường độ hấp thụ tuyến tính chùm dò khi không có chùm bơm. Việc điều khiển
55
này có được thông qua một bộ tạo xung (choper) thiết bị số (6) trong hình 2. 4. Khoảng thời gian đóng hoặc mở của bộ tạo xung là ∆t, như trình bày trong hình 2.4. Trong khoảng thời gian đóng hoặc mở có sự tích hợp của nhiều xung bơm hoặc dò, tùy thuộc vào tốc độ của bộ tạo xung (6). Bằng cách này tín hiệu đầu dò (cường độ chùm dò) thu được dưới ảnh hưởng của chùm bơm, ký hiệu Iprobe
được mô tả theo công thức:
𝐼𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒 = 𝐼𝑝𝑢𝑚𝑝−𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒− 𝐼𝑙𝑖𝑛.𝑎𝑏𝑠.𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒
𝐼𝑙𝑖𝑛.𝑎𝑏𝑠.𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒 × 100% (2.12)