Phát hiện phim nhanh và chính xác

giới thiệu

Pump-detect sampling là một kỹ thuật mạnh mẽ và hiệu quả, chủ yếu được sử dụng để quan sát các quá trình siêu nhanh (fs đến ns) trong vật liệu và hệ thống sinh học. Các xung laser cực ngắn ("xung bơm") được chiếu vào mẫu, kích thích các quá trình vật lý hoặc phản ứng hóa học bên trong mẫu. Sau đó, một chùm xung laser thứ hai ("phát hiện" xung) với độ trễ thời gian đi qua mẫu để đo lường sự thay đổi trong tính chất quang học của mẫu do kích thích ban đầu. Bằng cách thay đổi thời gian trễ giữa xung bơm và xung phát hiện, hồ sơ thời gian chi tiết về phản ứng của mẫu đối với xung bơm có thể thu được với độ phân giải thời gian cao hơn.

Bơm - lấy mẫu thăm dò đặc biệt hữu ích trong lĩnh vực khoa học vật liệu và hóa học, giúp hiểu các cơ chế cơ bản của chuyển năng lượng, quang hóa và các quá trình quan trọng khác. Có nhiều cách để đạt được hệ thống đo lường phát hiện bơm hiệu suất cao. Biểu đồ sau đây so sánh khái niệm các thiết bị cần thiết để đạt được hiệu suất vượt trội của thiết bị phát hiện bơm.Giải pháp laser K2-Photonics cho phép đo lường phát hiện bơm hiệu suất cao một cách đơn giản, giúp phương pháp phát hiện bơm này dễ dàng triển khai trong các ứng dụng thực tế.

Thách thức chính: Quét độ trễ quang học

Độ trễ phát hiện bơm dài hơn thường cần thiết để phân tích sóng âm bề mặt và nhiệt động lực học, cũng như trong các ứng dụng như siêu âm picosecond. Phạm vi quét dài cho phép nghiên cứu các lớp màng phức tạp với tổng độ dày lên đến hàng chục micron, chẳng hạn như những lớp gặp phải trong các chip bán dẫn hiện đại. Thật không may, việc quét khoảng cách dài như vậy bằng cách sử dụng các đường trễ cơ học là chậm, dễ gây ra lỗi hệ thống do chùm tia bị lệch hoặc phân kỳ và đòi hỏi các hệ thống quang cơ phức tạp. Ngoài ra, tốc độ quét chậm của độ trễ quang học đòi hỏi phát hiện pha khóa của tín hiệu để có độ nhạy cao, làm tăng thêm sự phức tạp của hệ thống.

Quét độ trễ quang học nhanh mà không cần bộ phận chuyển động: Phương pháp laser kép

Asynchronous Optical Sampling (ASOPS) là một phương pháp thay thế để có được quét độ trễ ánh sáng dài trong các phép đo phát hiện bơm. Nó sử dụng hai tốc độ xung ánh sáng khác nhau, một để bơm ánh sáng và một để phát hiện ánh sáng, cho phép quét chính xác và nhanh chóng độ trễ ánh sáng ở giữa. Kỹ thuật này thường được sử dụng trong âm thanh ánh sáng siêu nhanh và các nghiên cứu hấp thụ thoáng qua khác. Phạm vi quét được xác định bởi tần số lặp lại của ánh sáng bơm, và tốc độ quét được xác định bởi sự khác biệt giữa tần số lặp lại của ánh sáng bơm và ánh sáng phát hiện.

Bảng sau đây tóm tắt các thông số chính của ASOPS:

Lấy mẫu quang không đồng bộ (ASOPS) thường được thực hiện bằng cách sử dụng hai laser siêu nhanh độc lập được đồng bộ hóa thông qua vòng khóa pha tần số cao và các thiết bị điện tử phản hồi băng thông cao. Đạt được kiểm soát thời gian chính xác bằng cách sử dụng lấy mẫu quang không đồng bộ (ASOPS) đòi hỏi băng thông đo lường và phản hồi cao để đạt được độ chính xác femto giây trên dòng thời gian.

Quét độ trễ quang học nhanh mà không có bộ phận chuyển động: Phương pháp laser đơn

K2-Photonics đã phát triển một giải pháp cho công nghệ lấy mẫu quang không đồng bộ (ASOPS) sử dụng một laser duy nhất để quét độ trễ ánh sáng mà không cầnhaiMột mình.Máy laser siêu nhanh. Điều này đạt được bằng cách tạo ra một chuỗi hai chùm xung trong một buồng laser duy nhất, mỗi chùm có thể được sử dụng làm nguồn bơm và nguồn phát hiện tương ứng.

So với hệ thống lấy mẫu quang không đồng bộ bằng laser đôi truyền thống, giải pháp laser một khoang và hai lược này có nhiều ưu điểm. Đầu tiên, nó đơn giản hóa đáng kể việc lắp đặt thử nghiệm, giảm số lượng thành phần cần thiết và làm cho hệ thống nhỏ gọn và ổn định hơn. Thứ hai, vì cả nguồn bơm và nguồn phát hiện đều đến từ cùng một khoang laser và có đặc tính tiếng ồn xung liên quan, độ ổn định của trục thời gian được cải thiện. Điều này loại bỏhaiMột mình.ĐứngNhu cầu về vòng phản hồi điện tử giữa các laser đứng đã cải thiện đáng kể sự ổn định tổng thể của hệ thống.

Khả năng phát hiện tín hiệu giới hạn tiếng ồn hạt tán

K2 Photonics đã chọn công nghệ laser trạng thái rắn để tạo ra hệ thống laser một khoang, hai lược của họ. Công nghệ này cho phép laser có tiếng ồn cường độ cực thấp ở tần số cao. Thông thường, tiếng ồn cường độ tương đối (RIN) dưới -160 dBc/Hz cho tần số trên 1 MHz. Tiếng ồn cơ bản thấp này đặc biệt có lợi cho ASOPS vì hầu hết các tín hiệu quan tâm đều ở tần số cao không bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn laser. Trên thực tế, tiếng ồn trên tín hiệu chủ yếu đến từ đầu dò phát hiện tiếng ồn tán xạ của photodiode, chỉ được xác định bởi công suất đầu dò và độ đáp ứng của photodiode. Do đó, việc sử dụng công nghệ laser trạng thái rắn trong hệ thống K2 Photonics cho phép đo ASOPS tỷ lệ tín hiệu tiếng ồn cao hơn.cóTrục trễ thời gian tuyến tính tuyệt vời làm cho nó trở thành một công cụ nhạy cảm hơn cho quang phổ siêu nhanh và các ứng dụng khác.

Ưu điểm của K2 Photonics trong các ứng dụng phát hiện bơm

• Độ chính xác cao

Cấu trúc khoang đơn và ức chế tiếng ồn chung đảm bảo độ chính xác femto giây trên dòng thời gian trong suốt quá trình quét trễ quang học.

• Kích thước nhỏ

Không cần khối trì hoãn cơ học và bộ khuếch đại khóa pha, quá trình thực hiện thiết lập đầu dò bơm hiệu suất cao được đơn giản hóa đáng kể.

• Độ nhạy cao

Laser rắn khóa chế độ tạo ra laser với tiếng ồn cực thấp (RIN và thời gian) ở tần số cao cho phép đo độ nhạy cao.