Detección rápida y precisa de películas finas

Introducción

El muestreo de bombeo - detección es una tecnología potente y eficaz que se utiliza principalmente para observar procesos ultrarápidos (fs a ns) en materiales y sistemas biológicos. Los pulsos láser ultracortos (pulsos de "bombeo") se irradian sobre la muestra, estimulando así los procesos físicos o químicos dentro de la muestra. Posteriormente, un segundo rayo de pulso láser con retraso de tiempo ("pulso de detección") pasa por la muestra para medir cambios en las propiedades ópticas de la muestra debido a la excitación inicial. Al cambiar el tiempo de retraso entre el pulso de bombeo y el pulso de detección, se puede obtener un registro de tiempo detallado de la respuesta de la muestra al pulso de bombeo, y tiene una alta resolución de tiempo.

El muestreo de bombeo - detección es particularmente útil en el campo de la Ciencia y la química de los materiales y ayuda a comprender los mecanismos básicos de transferencia de energía, fotoquímica y otros procesos importantes. Hay muchas maneras de lograr un sistema de medición de bombeo y detección de alto rendimiento. La siguiente imagen compara conceptualmente los equipos necesarios para lograr un dispositivo de detección de bombeo de excelente rendimiento.La solución láser K2 - photonic puede realizar mediciones de detección de bombeo de alto rendimiento de una manera simple, lo que facilita el despliegue de este método de detección de bombeo en aplicaciones prácticas.

Principal desafío: escaneo de retraso óptico

Los retrasos más largos en la detección de bombeo suelen ser necesarios para analizar las ondas acústicas superficiales y la termodinámica, al igual que en aplicaciones como la ecografía picosegundo. El rango de escaneo largo puede estudiar laminaciones complejas de películas con un espesor total de decenas de micras, como las encontradas en microchips semiconductores modernos. Desafortunadamente, el uso de líneas de retraso mecánicas para realizar un escaneo tan largo es lento, debido a que la desviación o divergencia del haz es propensa a errores del sistema, y se necesitan sistemas fotomecánicos complejos. Además, la lenta velocidad de escaneo de retraso óptico requiere la detección de bloqueo de fase de la señal para obtener una alta sensibilidad, lo que aumenta aún más la complejidad del sistema.

Escaneo rápido de retraso óptico sin componentes móviles: método láser doble

El muestreo óptico asíncrono (asops) es un método alternativo para obtener un escaneo de retraso óptico largo en la medición de bombeo y detección. Utiliza dos velocidades de pulso de luz diferentes, una para bombear la luz y otra para sondear la luz, lo que permite escanear con precisión y rapidez el retraso de la luz entre ambos. Esta tecnología se utiliza a menudo en estudios de fotoacústica ultrarrápida y otros estudios de absorción instantánea. El rango de escaneo está determinado por la frecuencia de repetición de la luz de la bomba, mientras que la velocidad de escaneo está determinada por la diferencia entre la frecuencia de repetición de la luz de la bomba y la luz de exploración.

La siguiente tabla resume los parámetros clave de asops:

El muestreo óptico asíncrono (asops) se realiza generalmente con dos láseres ultrarápidos independientes, que se sincronizan a través de un bucle de bloqueo de fase de alta frecuencia y dispositivos electrónicos de retroalimentación de alto ancho de banda. El uso de muestreo óptico asíncrono (asops) para lograr un control de tiempo preciso requiere un alto ancho de banda de medición y retroalimentación para obtener una precisión de nivel Femtosegundo en la línea de tiempo.

Escaneo rápido de retraso óptico sin componentes móviles: método láser único

K2 - photonics ha desarrollado una solución para la tecnología de muestreo óptico asincrónico (asops), que utiliza un solo láser para realizar el escaneo de retraso óptico sin necesidadDosIndependencia individualLáser ultrarápido de pie. Esto se logra mediante la generación de dos secuencias de pulsos en una sola cavidad láser, cada una de las cuales se puede utilizar como fuente de bombeo y fuente de detección, respectivamente.

En comparación con el sistema tradicional de muestreo óptico asíncrono de doble láser, esta solución láser de doble peine de una sola cavidad tiene muchas ventajas. En primer lugar, simplifica enormemente el dispositivo experimental, reduce el número de componentes necesarios y hace que el sistema sea más compacto y estable. En segundo lugar, debido a que la fuente de bombeo y la fuente de detección provienen de la misma cavidad láser y tienen características de ruido de pulso relacionadas, se mejora la estabilidad de la línea de tiempo. Esto eliminaDosIndependencia individualEstablecerLa demanda de circuitos de retroalimentación electrónica entre láseres verticales ha mejorado considerablemente la estabilidad general del sistema.

Capacidad de detección de señales de restricción de ruido de partículas dispersas

K2 photonic ha optado por la tecnología láser de estado sólido para crear su sistema láser de doble peine de una sola cavidad. Esta tecnología hace que el láser tenga un ruido de intensidad ultra baja a alta frecuencia. Por lo general, para frecuencias superiores a 1 mhz, el ruido de intensidad relativa (rin) es inferior a - 160 dBc / hz. Este bajo ruido de fondo es particularmente beneficioso para asops, ya que la mayoría de las señales de interés se encuentran en frecuencias altas que no se ven afectadas por el ruido láser. De hecho, el ruido en la señal proviene principalmente del ruido de partículas dispersas del Fotodetector detectado por la sonda, que solo está determinado por la Potencia de la sonda y la respuesta del fotodetector. Por lo tanto, el uso de la tecnología láser de estado sólido en el sistema K2 photonic puede lograr una mayor relación señal - ruido de las mediciones asops, y tienetenerEl excelente eje de retraso de tiempo lineal lo convierte en una herramienta más sensible para la espectrometría ultrarrápida y otras aplicaciones.

Ventajas de K2 photonic en la aplicación de detección de bombeo

- alta precisión

La estructura de una sola cavidad y la supresión de ruido común garantizan la precisión de femtosegundos en la línea de tiempo durante todo el proceso de escaneo de retraso óptico.

- pequeño tamaño

No se necesitan bloques de retraso mecánico y amplificadores de bloqueo de fase, lo que simplifica en gran medida el proceso de implementación de la configuración de la sonda de bombeo de alto rendimiento.

- alta sensibilidad

Los láseres de estado sólido bloqueados en modo producen láseres con ruido ultra bajo (rin y cronometraje) a alta frecuencia, lo que permite mediciones de alta sensibilidad.