泵探针采样——快速、精确薄膜的检测

介绍

        泵浦探针采样是一种强大的技术，用于观察材料和生物系统中的超快过程 （fs 到 ns）。它涉及将短暂而强烈的激光脉冲（“泵浦”脉冲）照射到样品上，从而激发样品并启动物理过程或反应。激光的时间延迟第二个脉冲（“探针”脉冲）通过样品发送，以测量由于初始激发而发生的光学特性变化。通过改变泵浦脉冲和探针脉冲之间的延迟，可以获得样品对泵浦脉冲响应的详细时间记录，并具有高时间分辨率。

        泵浦探针采样在材料科学和化学中特别有用，它可以帮助了解能量转移、光化学和其他重要过程的基本机制。有多种方法可以实现高性能泵浦探头测量系统。下图从概念上比较了获得最先进性能泵浦探针设置所需的元件。K2 Photonics 激光解决方案允许以最高性能获得泵浦探针测量的简单实现，使这种泵浦探针方法在实践中易于部署。

关键挑战：光学延迟扫描

的是，使用机械延迟块进行如此长距离的扫描速度很慢，容易由于光束偏转或发散而产生系统误差，并且需要复杂的光机系统。此外，较慢的光学延迟扫描速度需要对信号进行锁相检测才能获得高灵敏度，这进一步增加了系统的复杂性。

无移动部件的快速光学延迟扫描：双激光方法

        ASOPS 是在泵浦探针测量中获得长光学延迟扫描的另一种方法。它使用两种不同的光脉冲速率，一种用于泵浦，一种用于探头，从而可以精确、快速地扫描它们之间的光延迟。该技术常用于超快光声和其他瞬态吸收研究。扫描范围由泵重复频率决定，扫描速度由泵和探头重复频率之间的差异决定。

下表总结了关键的 ASOPS 参数：

ASOPS 通常使用两个独立的超快激光器实现，这两个激光器通过高频锁相环和高带宽反馈电子设备同步。使用 ASOPS 实现精确的时序控制需要高测量和反馈带宽，才能在时间轴上获得飞秒级精度。

无移动部件的快速光学延迟扫描：单激光方法

        K2 Photonics 为 ASOPS 开发了一种独特的解决方案，该解决方案使用单个激光器来实现光学延迟扫描，而无需两个单独的超快激光器。这是通过在单个激光腔内产生两个脉冲序列来实现的，每个脉冲序列可以分别用作泵浦和探针源。

        与传统的双激光器 ASOPS 系统相比，这种单腔双梳激光器解决方案具有多项优势。首先，它大大简化了实验设置，减少了所需的组件数量，使系统更加紧凑和稳定。其次，它可以提高时轴稳定性，因为泵浦和探针源都是由同一激光腔产生的，因此具有相关的脉冲噪声特性。这消除了两个独立激光器之间对电子反馈回路的需求，并大大提高了系统的整体稳定性。

散粒噪声限制信号检测能力

        K2 Photonics 选择了固态激光技术来创建他们的单腔双梳激光器系统。该技术使激光在高频下具有超低强度的噪声。通常，对于高于 1 MHz 的频率，相对强度噪声 （RIN） 低于 -160 dBc/Hz。这种低本底噪声对 ASOPS 特别有利，因为大多数感兴趣的信号位于不受激光噪声影响的高频上。事实上，信号上的噪声主要来自探针检测光电二极管的散粒噪声，这仅由光电二极管的探针功率和响应度决定。因此，在 K2 Photonics 系统中使用固态激光技术可实现更高的信噪比 ASOPS 测量，并具有完美的线性时间延迟轴，使其成为超快光谱和其他应用的更灵敏的工具。