瞬态光栅光谱学

光诱导瞬态光栅（LITG），也称为激光诱导瞬态光栅光谱，是一种非破坏性、非接触式技术，用于研究各类材料中载流子复合及扩散相关参数。

瞬态光栅（TG）光谱的工作原理与泵浦 – 探测光谱类似：两束相干泵浦光束以特定角度照射到样品上，形成干涉图案，进而产生周期性分布的非平衡载流子。这一过程会调制材料的折射率，形成瞬态衍射光栅。随后，一束延时的探测光束照射到样品上，对其从瞬态光栅产生的衍射或反射信号进行测量。通过分析不同光栅周期下衍射信号的衰减情况，可提取载流子寿命、扩散系数等关键参数，进而了解扩散长度和双极迁移率。

激光脉冲持续时间的选择对所探测的物理过程及可研究的材料类型有显著影响。飞秒激光脉冲具有高时间分辨率，可用于研究电子激发、振动动力学、载流子热化等超快现象；而纳秒激光脉冲更适合研究热扩散、声波传播等较慢过程。

近期研究表明，LITG 光谱在多种材料体系中均能有效应用，为电荷传输机制提供了关键见解。例如：

量子阱结构：利用 LITG 对极性和非极性 InGaN/GaN 结构进行的光物理研究，揭示了非辐射复合速率与载流子扩散之间的强相关性，表明载流子传输至缺陷富集区域会加剧 InGaN 量子阱中的非辐射损耗 (K. Nomeika et al.).

钙钛矿：通过 LITG 研究溶液法制备的锌合金化 CsPbI₃薄膜，确定了能改善载流子性能的最佳锌含量 (A. M. Majeed).

CdSe_xTe₁₋ₓ 异质结构：结合皮秒和纳秒 LITG 装置，详细描绘了载流子俘获前后的传输情况，这对优化光伏性能至关重要 (P. Ščajev et al.).

低维材料：利用 LITG 光谱探测过渡金属二硫属化物（TMD）/ 石墨烯异质结构中的电荷传输。在 WSe₂中，LITG 有助于阐明石墨烯如何影响时空电荷动力学，为光探测器和存储器件的研发提供了宝贵见解 (L. Rieland et al.).

借助 HARPIA-TG 瞬态光栅光谱仪，可开展时间尺度高达 8 ns的 LITG 实验。该紧凑型系统与 CARBIDE 或 PHAROS 飞秒激光器联用，并配备集成光学参量放大器（I-OPA），通过先进的测量与分析软件实现全自动化和计算机控制。它可用于表征非导电或非荧光样品，适用于多种材料，包括半导体材料及其衍生物（如碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN））、钙钛矿、有机和无机太阳能电池、量子点，甚至量子阱等复杂纳米结构。