本发明属于半导体光学，具体涉及一种光学系统，用于在半导体上产生可调光电流，以及该光学系统的搭建方法以及光电流调控方法。
背景技术：
1、当前大多数半导体器件都是通过纯电学手段来控制其响应，如果在设备中接通和断开电流越快，就认为该器件的性能越好。高电子迁移率晶体管（hemt）以~1thz切换速率运行，如果用纯光学手段来控制电流可以将切换速率提高到100thz以上，可以大大提高器件响应的灵敏度，同时不需要用电极控制，通过光束达到的位置可灵活控制产生电流的位置，施加范围更广。
2、为了探索在下一代电子学和光电子中的新应用，要求在半导体中产生时间尺度更小的超快光电流，但是光与半导体材料作用比较微弱，需要增强和控制极限尺度下的超快光电流，从而提高半导体器件的响应速率。
3、相关研究已经用双色脉冲激光在直接带隙半导体砷化镓（gaas）样品的两个金属触点之间测出电压降，同样在间接带隙半导体硅（si）和锗（ge）还有石墨烯中也观测到类似现象，产生的电流下降时间至少在皮秒数量级。
4、通过超短脉冲对感应的电流实际上是瞬间出现的，当电子被直接激发成具有非零速度的状态时，它们不需要被外部场加速。在这种情况下，时间尺度由光与物质相互作用决定，光与物质交互作用通常受到脉冲持续时间的限制，甚至可以实现飞秒量级的超快光电流。通常，电流测量技术依赖于电压降或周围磁场的探测，这些方案需要限制空间分辨率的外部探针，相比之下，全光电流检测方案将仅受到激光束的限制，该激光束可以聚焦在具有微观尺寸的任意点上，此外时间分辨率将不受电子器件的限制，利用飞秒脉冲可以研究载流子的超快电流动力学。
5、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种光学系统，用于在半导体上产生可调光电流，该光学系统的搭建方法以及光电流调控方法，该光学系统能够通过基频光与其倍频光进行双光束量子干涉，通过改变双光束的光程差调节延时，和/或，通过调节双光束的相对偏振，可以控制产生的光电流的大小和方向，同时产生的光电流的量级可以比现有技术中的同频光干涉大两个数量级，产生的电流信号更容易被观测。
2、为了实现上述目的，本发明一具体实施例提供的技术方案如下：
3、一种光学系统，用于在半导体上产生可调光电流，包括：
4、光源，用于产生飞秒激光，所述飞秒激光为基频光；
5、倍频单元，位于所述光源所产生的光路上，所述倍频单元用于对所述飞秒激光进行倍频，所述倍频单元能被控制的移动和转动以调节自身在光路中的位置和角度；
6、分束单元，位于所述光源所产生的光路上且位于所述倍频单元的下游，所述分束单元用于反射所述倍频单元产生的倍频光，同时透射来自所述倍频单元的基频光；
7、第一回束镜组，位于所述分束单元所反射的倍频光的光路上，所述第一回束镜组能被控制的移动以调节所述倍频光的光程；
8、第二回束镜组，位于所述分束单元所透射的基频光的光路上，所述第二回束镜组能被控制的移动以调节所述基频光的光程；
9、色散补偿单元，位于所述分束单元所透射的基频光的光路上且位于所述第二回束镜组的下游，所述色散补偿单元用于补偿因分束单元而引入的色散；
10、偏振单元，位于所述分束单元所透射的基频光的光路上且位于所述色散补偿单元的下游，所述偏振单元能被控制的转动以调节所述基频光的偏振方向；
11、合束单元，用于反射来自所述第一回束镜组的倍频光，同时透射来自所述偏振单元的基频光，将所述基频光和所述倍频光合束；
12、所述飞秒激光经所述倍频单元倍频后形成基频光和倍频光，所述基频光被所述分束单元透射后，经所述第二回束镜组、所述色散补偿单元以及所述偏振单元后，入射至所述合束单元；所述倍频光被所述分束单元反射后，经所述第一回束镜组后，入射至所述合束单元；所述基频光和所述倍频光经所述合束单元合束后形成量子干涉，入射至半导体样品，产生光电流；
13、其中，所述光学系统具有初始状态，在所述初始状态下，所述合束光内的基频光和倍频光的光程相等，且所述合束光内的基频光和倍频光的偏振方向相同；
14、至少通过调节所述第二回束镜组的移动和/或所述偏振单元的转动调节所述光学系统所产生的光电流的大小。
15、在本发明的一个或多个实施例中，所述光学系统还包括：
16、脉冲调制单元，位于所述合束单元所合束的合束光的光路上，所述脉冲调制单元用于将合束光进行脉冲调制、输出并放大调制频率；以及
17、探测单元，至少电连接所述脉冲调制单元、第二回束镜组、所述偏振单元以及半导体样品，所述探测单元用于控制、接收所述脉冲调制单元的调制频率，接收半导体样品上的电压信号或电流信号，并控制第二回束镜组和所述偏振单元的移动或转动。
18、在本发明的一个或多个实施例中，所述倍频单元包括倍频晶体，所述倍频晶体被设置在第一可移动位移台上；和/或，
19、所述分束单元包括第一二向色镜，所述合束单元包括第二二向色镜；和/或，
20、所述第一回束镜组包括若干反射镜，若干所述反射镜被设置在第二可移动位移台上；和/或，
21、所述第二回束镜组包括中空屋脊棱镜反射镜，所述中空屋脊棱镜反射镜被设置在第三可移动位移台上，所述第三可移动位移台能被控制的进行微米级移动；和/或，
22、所述色散补偿单元包括沿基频光的光路依次设置的啁啾反射镜和可调楔形对；和/或，
23、所述偏振单元包括半波片，所述半波片被设置在第四可移动位移台上，所述第四可移动位移台能被控制的进行转动；和/或，
24、所述脉冲调制单元包括斩波器和锁相放大器，所述斩波器电连接所述锁相放大器。
25、在本发明的一个或多个实施例中，所述光学系统还包括聚焦单元，设置于所述倍频单元的上游，用于聚焦入射至所述倍频单元的基频光，以及，设置于半导体样品的上游，用于聚焦入射至半导体样品的基频光和倍频光；
26、准直单元，设置于所述倍频单元的下游，用于准直自所述倍频单元射出的基频光和倍频光。
27、在本发明的一个或多个实施例中，所述聚焦单元和所述准直单元均包括抛面反射镜；和/或，
28、所述聚焦单元包括抛面反射银镜和/或抛面反射铝镜，所述准直单元均包括抛面反射铝镜。
29、在本发明的一个或多个实施例中，所述光学系统还包括衰减单元，所述衰减单元设置于所述分束单元所透射的基频光的光路上，且位于所述第二回束镜组的上游，所述衰减单元用于调整所述基频光的强度。
30、在本发明的一个或多个实施例中，所述光学系统还包括若干反射镜，设置于所述基频光的光路上、所述倍频光的光路上、以及所述合束光的光路上，以进行光路调控使得最终的合束光入射至半导体样品上。
31、在本发明的一个或多个实施例中，所述若干反射镜包括反射银镜、反射铝镜；
32、所述反射银镜设置于所述基频光通过的光路上；
33、所述反射铝镜设置于所述倍频光以及所述合束光通过的光路上。
34、一种光学系统的搭建方法，所述光学系统用于在半导体上产生可调光电流，包括：
35、确定半导体样品并根据半导体样品的禁带宽度选择对应的飞秒激光光源；
36、选择对应的倍频单元、分束单元、第一回束镜组、第二回束镜组、色散补偿单元、偏振单元、合束单元的光学元件，进行光路的搭建，使得光源产生的飞秒激光能经倍频单元倍频后形成基频光和倍频光双光束，其中，基频光被分束单元透射后，依次经第二回束镜组、色散补偿单元以及偏振单元入射至合束单元；倍频光被分束单元反射后，经第一回束镜组入射至合束单元；
37、选择对应的脉冲调制单元和探测单元，脉冲调制单元对合束单元的合束光进行脉冲调制并输出调制频率，探测单元控制、接收并放大脉冲调制单元的调制频率，接收半导体样品上的电压信号或电流信号，并控制第二回束镜组和偏振单元的移动或转动；
38、调控第一回束镜组的位移以使基频光和倍频光的光程大致相等；
39、调控偏振单元的转动角度以使基频光和倍频光的偏振方向平行；
40、调控第二回束镜组的位移以使基频光和倍频光的光程相等；
41、确定基频光透过的光学元件的厚度和折射率，计算色散补偿单元所需补偿的色散，并进行色散补偿；以及
42、调整合适的脉冲调制单元的调制频率，并反馈给探测单元。
43、在本发明的一个或多个实施例中，调控第一回束镜组的位移以使基频光和倍频光的光程大致相等，包括：
44、撤去偏振单元、脉冲调制单元和探测单元，在合束单元的光路下游依次设置第二倍频单元、滤光单元以及探测镜头；
45、基频光和倍频光经过合束单元后聚焦到第二倍频单元，基频光被再次倍频后与原倍频光以相同的偏振方向入射至滤光单元以滤去基频光；
46、手动调节第一回束镜组的移动直至通过探测镜头观测到倍频光的干涉条纹。
47、在本发明的一个或多个实施例中，调控偏振单元的转动角度以使基频光和倍频光的偏振方向平行，包括：
48、撤去第二倍频单元、滤光单元以及探测镜头，在色散补偿单元和合束单元之间设置偏振单元，在合束单元的光路下游依次设置脉冲调制单元和探测单元；
49、采用偏振片和光谱仪确定基频光和倍频光的偏振方向，同时，调控偏振单元的转动角度，使得基频光和倍频光在合束前偏振方向保持一致。
50、在本发明的一个或多个实施例中，调控第二回束镜组的位移以使基频光和倍频光的光程相等，包括：
51、根据探测单元所探测的电流信号控制调节第二回束镜组进行微米级移动，直至所探测的电流信号最大。
52、在本发明的一个或多个实施例中，确定基频光透过的光学元件的厚度和折射率，计算色散补偿单元所需补偿的色散，并进行色散补偿，包括：
53、计算基频光透过的光学元件厚度以及光学元件折射率，计算基频光通过的光程，再通过确定每次反射补偿对应厚度的熔融石英产生的群延迟来计算色散补偿单元内光学元件的反射次数，其中，色散补偿单元包括啁啾反射镜和可调楔形对，色散补偿单元内光学元件的反射次数为啁啾反射镜的反射次数；
54、选择大于或者等于计算出的反射次数进行色散补偿；
55、其中，当选择大于计算出的反射次数进行色散补偿后，会出现色散补偿过渡，通过调节可调楔形对的厚度增加色散以进行色散补偿调控。
56、一种光电流调控方法，包括：
57、提供上述的光学系统，所述光学系统用于在半导体上产生可调光电流；
58、在所述光学系统初始状态下，控制所述第二回束镜组进行相对光程的移动，以调控产生的光电流的大小和方向；
59、在所述光学系统初始状态下，控制所述偏振单元进行偏振方向的转动，以调控产生的光电流的大小和方向。
60、与现有技术相比，本发明的光学系统，搭建方法以及光电流调控方法，通过基频光与其倍频光进行双光束量子干涉产生光电流，且通过改变双光束的光程差调节延时，和/或，通过调节双光束的相对偏振，可以控制光电流的大小和方向，同时产生的光电流的量级比现有技术中的同频光干涉大两个数量级，产生的电流信号更容易被观测。
61、本发明通过对飞秒激光光束的倍频实现了双光束的产生、分束及合束，并且在光路中实现了双光束的相对延时及相对偏振可调，利用双光束量子干涉的原理可以有选择性地利用不同波长的飞秒激光光源在大多数半导体上高效实现超快光电流的产生，并且可以通过双光束的相对延迟和相对偏振调控超快光电流的大小和方向。
62、本发明的光学系统，搭建方法以及光电流调控方法，通过使用基频光与其倍频的二次谐波实验不仅可以调节延时还可以调节偏振，通过单一地改变多个要素可以研究不同要素对光电流大小和方向的影响。
63、本发明的光学系统，搭建方法以及光电流调控方法，可以精确地消除光经过透镜引起的色散，防止脉冲发生展宽，同时引入偏振方向的定量改变进一步探究两束光偏振对光电流产生的影响。
64、本发明的光学系统，搭建方法以及光电流调控方法，反射镜、聚焦单元、准直单元根据产生的光束类型配置对应的银镜或铝镜，使得基频光和倍频光强度损耗最小，倍频单元到聚焦单元和准直单元的距离以及倍频单元的角度可调使得倍频光的产生效率达到最大。
65、本发明的光学系统，搭建方法以及光电流调控方法，使用两次二向色镜将基频光和倍频光的分离效率提高，不需要加入滤波片，且合束的时候只需要利用光路可逆原理可以比较方便地合束。
66、本发明的光学系统，搭建方法以及光电流调控方法，啁啾反射镜的使用和可调楔形对的引入可以补偿二向色镜不可避免引入的色散，使得相对延迟和偏振对光电流的影响最真实。
67、本发明的光学系统，搭建方法以及光电流调控方法，实现了一种确定倍频光和基频光的光程相等的方法。
68、本发明的光学系统，搭建方法以及光电流调控方法，除了能研究两束光相对延迟对超快光电流产生的影响，用此光路还能研究两束光相对偏振对超快光电流的影响。
69、本发明的光学系统，搭建方法以及光电流调控方法，通过光源波长和半导体禁带宽度的匹配，可以实现在不同的半导体上产生超快光电流并研究不同半导体材料对光电流产生效率的影响。
70、本发明的光学系统，搭建方法以及光电流调控方法，利用双光束量子干涉的原理产生超快光电流可以很大提高超快光电流的强度。
1.一种光学系统，用于在半导体上产生可调光电流，其特征在于，包括：
2. 根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，还包括：
3.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述倍频单元包括倍频晶体，所述倍频晶体被设置在第一可移动位移台上；和/或，
4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，还包括聚焦单元，设置于所述倍频单元的上游，用于聚焦入射至所述倍频单元的基频光，以及，设置于半导体样品的上游，用于聚焦入射至半导体样品的基频光和倍频光；
5.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，所述聚焦单元和所述准直单元均包括抛面反射镜；和/或，
6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，还包括衰减单元，所述衰减单元设置于所述分束单元所透射的基频光的光路上，且位于所述第二回束镜组的上游，所述衰减单元用于调整所述基频光的强度。
7.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，还包括若干反射镜，设置于所述基频光的光路上、所述倍频光的光路上、以及所述合束光的光路上，以进行光路调控使得最终的合束光入射至半导体样品上。
8.根据权利要求7所述的光学系统，其特征在于，所述若干反射镜包括反射银镜、反射铝镜；
9.一种光学系统的搭建方法，所述光学系统用于在半导体上产生可调光电流，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的光学系统的搭建方法，其特征在于，调控第一回束镜组的位移以使基频光和倍频光的光程大致相等，包括：
11.根据权利要求10所述的光学系统的搭建方法，其特征在于，调控偏振单元的转动角度以使基频光和倍频光的偏振方向平行，包括：
12.根据权利要求11所述的光学系统的搭建方法，其特征在于，调控第二回束镜组的位移以使基频光和倍频光的光程相等，包括：
13.根据权利要求9所述的光学系统的搭建方法，其特征在于，确定基频光透过的光学元件的厚度和折射率，计算色散补偿单元所需补偿的色散，并进行色散补偿，包括：
14.一种光电流调控方法，其特征在于，包括：
