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超快飛秒光學新工具!單腔雙光梳的泵浦探測應用前景

昊量光電 ? 來源:昊量光電 ? 作者:昊量光電 ? 2025-01-23 13:54 ? 次閱讀

介紹

單腔雙光梳技術是近年來光學領域備受矚目的研究方向之一。這項技術不僅在光譜分析、激光測距、厚膜檢測、泵浦探測等領域具有重要應用前景,還為研究精密光譜學、量子光學、光子學等提供了全新的研究平臺。

正文

單腔雙光梳技術是近年來光學領域備受矚目的研究方向之一。它利用了光學微腔的特殊結構和雙光梳的高度頻率穩定性,實現了在單個微腔中同時產生兩個頻率間隔均勻的光學頻率梳。這項技術不僅在光譜分析、激光測距、厚膜檢測、泵浦探測等領域具有重要應用前景,還為研究精密光譜學、量子光學、光子學等提供了全新的研究平臺。

泵浦探針采樣

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),從而激發樣品并引發物理過程或反應。延時的第二個激光脈沖(“探測”脈沖)被發送穿過樣品,以測量由于初始激發而發生的光學特性的變化。通過改變泵脈沖和探測脈沖之間的延遲,可以獲得具有高時間分辨率的樣品對泵浦脈沖響應的詳細時間記錄。

泵浦探針采樣在材料科學和化學中特別有用,可以幫助了解能量轉移、光化學和其他重要過程的基本機制。 目前有多種方法可以實現高性能泵浦探針測量系統。下圖從概念上比較了獲得性能泵浦探針設置所需的元素。

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關鍵挑戰:光學延遲掃描


為了解析表面聲波和熱動力學,以及皮秒超聲波等應用,通常需要使用長掃描范圍的泵浦-探測光延遲。長掃描范圍能夠研究總厚度為幾十微米的復雜薄膜疊層,例如現代半導體芯片中遇到的薄膜疊層。不幸的是,目前使用機械延遲線在如此長的距離上掃描速度很慢,并且容易受到光束偏轉或發散造成的系統誤差的影響,為此,光路設計上會需要更復雜的光機械結構。此外,緩慢的光學延遲掃描速度需要對信號進行鎖定檢測來獲得高靈敏度,這也進一步增加了系統的復雜性。

無需移動部件即可進行快速光學延遲掃描:光學異步采樣(ASOPS)


ASOPS是在泵浦探針測量中獲得長范圍光學延遲掃描的另一種方法。它使用兩種不同的光學脈沖速率,一種用于泵浦,一種用于探頭,從而可以精確、快速地掃描它們之間的光學延遲。 該技術通常用于超快光聲和其他瞬態吸收研究。在這過程中,掃描范圍一般由泵浦重復率決定,而掃描速度則由重頻差決定。ASOPS 通常使用兩個獨立的脈沖激光器激光器來實現,這兩個激光器通過高頻鎖相環和高帶寬反饋電子設備進行同步,以獲得時間軸上的飛秒級精度。

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采用單腔雙梳的光學異步采樣


使用單腔雙梳即可代替兩個單獨的飛秒激光器進行光學異步采樣。在單個激光腔內生成兩個具有一定差異的短脈沖,而每個脈沖序列即可分別用作泵浦源和探測源。與傳統的雙激光器 ASOPS系統相比,這種單腔雙梳激光解決方案具有多種優勢。首先,它極大地簡化了實驗設置,減少了所需組件的數量,并使系統更加緊湊和穩定。其次,它可以提高時間軸穩定性,因為泵浦源和探測源都是從同一激光腔產生的,因此具有相關的脈沖噪聲特性。這抑制了兩個獨立激光器之間對電子反饋回路的需求,并大大提高了系統的整體穩定性。

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審核編輯 黃宇

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