超(chao)快飛(fei)秒(miao)光學新工具！單(dan)腔(qiang)雙(shuang)光梳的(de)泵浦探測應(ying)用前景

介紹

單腔雙光梳技術是近年來光學(xue)領域備受矚目(mu)的研究(jiu)方向(xiang)之一。這項技術不僅(jin)在光譜分析(xi)、激(ji)光測距(ju)、厚膜檢測、泵浦探測等領域具有重要應用(yong)前(qian)景(jing)，還為研究(jiu)精密光譜學(xue)、量子光學(xue)、光子學(xue)等提供了全新的研究(jiu)平臺。

正文

單腔雙(shuang)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)梳技術是近年來光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)領域備受矚目(mu)的(de)研究方向之一。它利用了(le)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)微腔的(de)特(te)殊結(jie)構和(he)雙(shuang)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)梳的(de)高度頻率(lv)穩(wen)定性，實(shi)現了(le)在(zai)單個(ge)(ge)微腔中同時產生(sheng)兩個(ge)(ge)頻率(lv)間隔均勻的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)頻率(lv)梳。這項技術不僅在(zai)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜分析、激光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)測(ce)距(ju)、厚膜(mo)檢測(ce)、泵浦探測(ce)等(deng)領域具有重要應(ying)用前景(jing)，還為研究精密光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜學(xue)、量子(zi)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)、光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)學(xue)等(deng)提供了(le)全(quan)新的(de)研究平臺。

泵浦探針采樣(yang)

泵探針采樣是一種強大的技術，可用于觀察材料和生物系統中的超快過程（飛秒、納秒）。它將短而強的激光脈沖照射到樣品上（“泵浦"脈沖），從而激(ji)發樣品并引發(fa)物理過程或反(fan)應。延時的第二個激(ji)光脈(mo)沖(chong)（“探測"脈(mo)沖(chong)）被發(fa)送穿過樣品，以測量由于初始激(ji)發(fa)而發(fa)生(sheng)的光學特(te)性(xing)的變(bian)化。通過改變(bian)泵脈(mo)沖(chong)和探測脈(mo)沖(chong)之間的延遲(chi)，可以獲得具有高時間分辨率的樣品對(dui)泵浦(pu)脈(mo)沖(chong)響應的詳細時間記錄。

泵浦探針(zhen)采樣在材(cai)料科學(xue)和化(hua)學(xue)中特別有(you)用，可以(yi)幫助了解能(neng)量轉移、光化(hua)學(xue)和其他重要過程(cheng)的(de)基(ji)本機制。 目前(qian)有(you)多種(zhong)方法可以(yi)實現高性能(neng)泵浦探針(zhen)測量系統(tong)。下圖從(cong)概念上比較了獲得性能(neng)泵浦探針(zhen)設(she)置所需的(de)元(yuan)素(su)。

關鍵挑戰：光學(xue)延遲掃描

為了解析(xi)表面聲波和熱動力學，以及皮秒超聲波等應(ying)用(yong)，通常需(xu)要(yao)(yao)使用(yong)長掃(sao)描范圍的(de)泵浦-探測光延遲(chi)。長掃(sao)描范圍能夠研究(jiu)總厚度(du)(du)為幾十微米的(de)復(fu)雜薄膜疊(die)(die)層，例如現代半導(dao)體(ti)微芯片中遇到(dao)的(de)薄膜疊(die)(die)層。不幸的(de)是，目前使用(yong)機械延遲(chi)線(xian)在如此(ci)(ci)長的(de)距(ju)離(li)上(shang)掃(sao)描速(su)度(du)(du)很慢，并且(qie)容易受到(dao)光束偏轉或發散造成(cheng)的(de)系(xi)統誤差的(de)影響，為此(ci)(ci)，光路(lu)設計(ji)上(shang)會需(xu)要(yao)(yao)更(geng)復(fu)雜的(de)光機械結構。此(ci)(ci)外，緩慢的(de)光學延遲(chi)掃(sao)描速(su)度(du)(du)需(xu)要(yao)(yao)對信號進(jin)行(xing)鎖(suo)定(ding)檢測來獲得(de)高靈敏度(du)(du)，這也進(jin)一步增加了系(xi)統的(de)復(fu)雜性。

無需移動部件(jian)即可進行快(kuai)速光(guang)學延遲掃描：光(guang)學異步采樣（ASOPS）

ASOPS是(shi)在(zai)泵(beng)(beng)浦(pu)探(tan)針(zhen)測量中獲得(de)長范圍(wei)光(guang)學延遲掃(sao)描的(de)另一(yi)種(zhong)方法。它使(shi)用(yong)(yong)兩(liang)種(zhong)不同的(de)光(guang)學脈沖速率，一(yi)種(zhong)用(yong)(yong)于泵(beng)(beng)浦(pu)，一(yi)種(zhong)用(yong)(yong)于探(tan)頭，從而可以(yi)精確、快速地掃(sao)描它們之間的(de)光(guang)學延遲。 該技術(shu)通(tong)常(chang)用(yong)(yong)于超快光(guang)聲和(he)其他瞬態吸收研究。在(zai)這過程中，掃(sao)描范圍(wei)一(yi)般由泵(beng)(beng)浦(pu)重復率決定，而掃(sao)描速度則由重頻(pin)差決定。ASOPS 通(tong)常(chang)使(shi)用(yong)(yong)兩(liang)個(ge)獨立的(de)脈沖激(ji)光(guang)器激(ji)光(guang)器來實現，這兩(liang)個(ge)激(ji)光(guang)器通(tong)過高(gao)頻(pin)鎖相環和(he)高(gao)帶寬反饋電子設備進行同步，以(yi)獲得(de)時間軸(zhou)上的(de)飛秒(miao)級精度。

采用(yong)單腔雙梳的光學異步(bu)采樣

使用(yong)(yong)單(dan)腔(qiang)(qiang)雙梳即(ji)可(ke)代替兩個單(dan)獨的(de)(de)(de)飛秒激(ji)(ji)光(guang)器(qi)進行光(guang)學異步采樣。在(zai)單(dan)個激(ji)(ji)光(guang)腔(qiang)(qiang)內(nei)生成兩個具有(you)一(yi)定差異的(de)(de)(de)短(duan)脈沖(chong)，而每個脈沖(chong)序(xu)列即(ji)可(ke)分別用(yong)(yong)作泵浦(pu)源和探測源。與傳(chuan)統的(de)(de)(de)雙激(ji)(ji)光(guang)器(qi) ASOPS系(xi)(xi)統相(xiang)(xiang)比，這種單(dan)腔(qiang)(qiang)雙梳激(ji)(ji)光(guang)解決方(fang)案具有(you)多(duo)種優勢。首先，它極(ji)大地簡化了(le)實驗設(she)置，減少了(le)所需(xu)組(zu)件(jian)的(de)(de)(de)數量，并使系(xi)(xi)統更加緊湊(cou)和穩定。其(qi)次，它可(ke)以提高(gao)時間軸(zhou)穩定性(xing)(xing)，因為泵浦(pu)源和探測源都是從同一(yi)激(ji)(ji)光(guang)腔(qiang)(qiang)產生的(de)(de)(de)，因此具有(you)相(xiang)(xiang)關的(de)(de)(de)脈沖(chong)噪聲特性(xing)(xing)。這抑制了(le)兩個獨立激(ji)(ji)光(guang)器(qi)之(zhi)間對電子(zi)反饋回路(lu)的(de)(de)(de)需(xu)求(qiu)，并大大提高(gao)了(le)系(xi)(xi)統的(de)(de)(de)整體穩定性(xing)(xing)。

上海昊量光電可為您提供專業雙(shuang)光梳選型以及技(ji)術(shu)服務。對于任何產品有(you)興趣或者有(you)任何問題，都歡迎通過電話、電子(zi)郵件或者微信與我們(men)聯系。

歡迎繼(ji)續關注上(shang)海昊量光電的各大媒體(ti)平臺，我們將不定期推出各種產品(pin)介紹與技術(shu)新聞(wen)。

更多詳(xiang)情請(qing)聯(lian)(lian)系昊量(liang)光(guang)電(dian)/歡迎直接聯(lian)(lian)系昊量(liang)光(guang)電(dian)

關于昊量光電：

上海昊(hao)量光(guang)電(dian)設備(bei)有限公司是(shi)光(guang)電(dian)產(chan)品(pin)專業代理商，產(chan)品(pin)包括各類激光(guang)器(qi)、光(guang)電(dian)調制(zhi)器(qi)、光(guang)學(xue)測(ce)量設備(bei)、光(guang)學(xue)元件等，涉及應用涵蓋了材料加工、光(guang)通(tong)訊、生物醫療(liao)、科學(xue)研究、國防、量子光(guang)學(xue)、生物顯(xian)微、物聯(lian)傳感、激光(guang)制(zhi)造等；可為客戶提(ti)供完整(zheng)的(de)設備(bei)安裝(zhuang)，培訓，硬件開發，軟件開發，系統(tong)集成等服務(wu)。