Detecção rápida e precisa de filmes

Introdução

A amostragem de bomba-detecção é uma técnica poderosa e eficaz principalmente usada para observar processos ultrarápidos (fs a ns) em materiais e sistemas biológicos. Impulsos de laser ultracurtos (pulsos de "bomba") são irradiados sobre a amostra, estimulando assim processos físicos ou reações químicas dentro da amostra. Em seguida, um segundo feixe de pulsos laser com atraso temporal (pulsos de "detecção") atravessa a amostra para medir as mudanças nas propriedades ópticas da amostra devido à excitação inicial. Alterando o tempo de atraso entre o pulso da bomba e o pulso de detecção, é possível obter um registro detalhado da resposta da amostra ao pulso da bomba com alta resolução temporal.

A amostragem por bomba-detecção é particularmente útil nas áreas da ciência dos materiais e da química, ajudando a entender os mecanismos básicos da transferência de energia, da fotoquímica e de outros processos importantes. Existem várias formas de implementar sistemas de medição de bomba-detecção de alto desempenho. O gráfico abaixo compara conceitualmente o equipamento necessário para uma bomba de detecção com excelente desempenho.As soluções laser K2-Photonics permitem medições de bomba-detecção de alto desempenho de forma simples, tornando este método de bomba-detecção fácil de implementar em aplicações práticas.

Principais desafios: varredura de atraso óptico

Mais atrasos de bomba-detecção são geralmente necessários para analisar ondas sonoras de superfície e termodinâmica, o mesmo em aplicações como o ultra-som de picossegundos. A extensa faixa de varredura permite estudar camadas complexas de película fina com espessuras totais de dezenas de micrômetros, como as encontradas em microchips semicondutores modernos. Infelizmente, o uso de linhas de latência mecânica para varredura de distâncias tão longas é lento e é propenso a erros do sistema devido ao desvio ou à dispersão do feixe e requer sistemas fotomecânicos complexos. Além disso, a lenta velocidade de varredura com atraso óptico requer a detecção de fase de bloqueio do sinal para obter alta sensibilidade, o que aumenta ainda mais a complexidade do sistema.

Varredura óptica rápida sem componentes móveis: método a laser duplo

A amostragem óptica assíncrona (ASOPS) é uma alternativa para obter varreduras de longo atraso de luz em medições de bomba-detecção. Ele usa duas taxas de pulso de luz diferentes, uma para bombear a luz e outra para detectar a luz, o que permite escanear com precisão e rapidez o atraso de luz entre os dois. Essa técnica é frequentemente usada em estudos de absorção ultrarrápida e outros estudos de absorção transitória. A faixa de varredura é determinada pela frequência de repetição da luz da bomba e a velocidade de varredura é determinada pela diferença entre a frequência de repetição da luz da bomba e a luz de detecção.

A tabela abaixo resume os principais parâmetros da ASOPS:

A amostragem óptica assíncrona (ASOPS) é geralmente realizada usando dois lasers ultrarápidos separados que são sincronizados por meio de aneis de bloqueio de alta frequência e dispositivos eletrônicos de feedback de alta largura de banda. O controle de temporização preciso com amostragem óptica assíncrona (ASOPS) requer uma alta largura de banda de medição e de feedback para obter precisão na linha de tempo de um nível de femtosgundos.

Varredura óptica rápida sem componentes móveis: método a laser único

A K2-Photonics desenvolveu uma solução para a tecnologia de amostragem óptica assíncrona (ASOPS), que usa um único laserDois.Só.Laser ultra-rápido. Isto é feito através da geração de duas sequências de pulsos dentro de uma única cavidade laser, cada uma das quais pode ser usada como fonte de bomba e fonte de detecção, respectivamente.

Esta solução de laser de duplo pente de câmara única apresenta muitas vantagens em comparação com os sistemas de amostragem óptica assíncrona de laser duplo tradicionais. Em primeiro lugar, simplificou drasticamente a instalação experimental, reduzindo o número de componentes necessários e tornando o sistema mais compacto e estável. Em segundo lugar, uma vez que a fonte de bomba e a fonte de detecção vêm da mesma câmara laser e têm propriedades de ruído de pulso associadas, a estabilidade da linha de tempo é melhorada. Isto foi eliminado.Dois.Só.EstadoA necessidade de circuitos eletrônicos de feedback entre lasers verticales melhora significativamente a estabilidade geral do sistema.

Capacidade de detecção de sinal de limitação de ruído em granulado

A K2 Photonics escolheu a tecnologia de laser de estado sólido para criar seu sistema de laser de duplo pente de câmara única. Esta tecnologia permite que o laser tenha ruído de intensidade ultrabaixa em alta frequência. Normalmente, para frequências acima de 1 MHz, o ruído de intensidade relativa (RIN) é inferior a -160 dBc/Hz. Esse baixo ruído de base é particularmente benéfico para o ASOPS, pois a maioria dos sinais de interesse está localizada em alta frequência que não é afetada pelo ruído do laser. De fato, o ruído no sinal vem principalmente do ruído granulado da sonda que detecta o fotodiodo, o que é determinado apenas pela potência da sonda e a capacidade de resposta do fotodiodo. Assim, o uso da tecnologia de laser de estado sólido no sistema K2 Photonics permite medições de sinal e ruído mais elevadas do que as medições ASOPS e comterO excelente eixo de retardo de tempo linear torna-o uma ferramenta mais sensível para espectros ultrarápidos e outras aplicações.

Vantagens da K2 Photonics em aplicações de detecção de bombas

• Alta precisão

A estrutura de câmara única e a supressão de ruído comum garantem uma precisão do nível de femtosecondos na linha do tempo durante todo o processo de varredura de atraso óptico.

• Pequeno tamanho

Sem blocos mecânicos de retardo e amplificadores de fase de bloqueio, o processo de implementação da configuração da sonda de bomba de alto desempenho é muito simplificado.

• Alta sensibilidade

Os lasers sólidos de bloqueio produzem lasers com ruído ultrabaixo (RIN e temporização) em alta frequência, permitindo medições de alta sensibilidade.