Schnelle und präzise Filmprüfung

Einführung

Pumpenprobenangabe ist eine leistungsstarke und effektive Technik, die hauptsächlich zur Beobachtung ultraschneller Prozesse (fs bis ns) in Materialien und biologischen Systemen verwendet wird. Ein ultrakurzer Laserpuls ("Pumpenpuls") wird auf die Probe bestrahlt, um einen physikalischen Prozess oder eine chemische Reaktion in der Probe zu stimulieren. Anschließend durchläuft ein zweiter, zeitverzögerter Laserpuls („Detektion“-Impuls) durch die Probe, um Änderungen in den optischen Eigenschaften der Probe aufgrund der ersten Anregung zu messen. Durch die Änderung der Verzögerungszeit zwischen dem Pumpenpuls und dem Erkennungsimpuls kann eine detaillierte zeitliche Aufzeichnung der Reaktion der Probe auf den Pumpenpuls mit einer hohen zeitlichen Auflösung erhalten werden.

Die Pumpenprobenangabe ist besonders in der Materialwissenschaft und Chemie nützlich, da sie dazu beiträgt, die grundlegenden Mechanismen der Energieübertragung, der Photochemie und anderer wichtiger Prozesse zu verstehen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, leistungsstarke Pumpen-Detektionsmesssysteme zu realisieren. Die nachstehende Abbildung vergleicht konzeptionell die notwendigen Geräte für eine Pumpen-Detektionseinrichtung, die eine ausgezeichnete Leistung erzielt.Die Laserlösungen von K2-Photonics ermöglichen eine leistungsstarke Pumpendetektionsmessung auf einfache Weise und machen diese Pumpendetektionsmethode einfach in praktischen Anwendungen einzusetzen.

Hauptherausforderung: Optische Verzögerung

Längere Pumpe-Detektionsverzögerungen sind in der Regel notwendig, um Oberflächenschallwellen und Thermodynamik zu analysieren, ebenso wie bei Anwendungen wie Pikosekundenultraschall. Der lange Scanbereich ermöglicht die Untersuchung komplexer Folienüberlagerungen mit einer Gesamtdicke von Dutzenden von Mikrometern, wie sie in modernen Halbleitermikrochips zu finden sind. Leider ist das Scannen über so lange Entfernungen mit einer mechanischen Verzögerungsleitung sehr langsam und kann aufgrund von Strahlabweichungen oder -diffraktionen leicht zu Systemfehlern führen und komplexe optisch-mechanische Systeme erfordern. Darüber hinaus erfordert die langsame optische Verzögerung der Scangeschwindigkeit eine Sperrphase-Detektion des Signals, um eine hohe Empfindlichkeit zu erzielen, was die Komplexität des Systems weiter erhöht.

Schnelles optisches Verzögerungsscan ohne bewegliche Teile: Dual-Laser-Methode

Asynchrone optische Probenahme (ASOPS) ist eine alternative Methode, um lange Lichtverzögerungsscans bei Pumpen-Detektionsmessungen zu erhalten. Es verwendet zwei verschiedene Lichtpulsgeschwindigkeiten, eine zur Pumpe von Licht und eine zur Erkennung von Licht, die es ermöglichen, die Lichtverzögerung zwischen den beiden präzise und schnell zu scannen. Diese Technik wird häufig in der Ultraschnellschallforschung und anderen transienten Absorptionsstudien verwendet. Der Scanbereich wird durch die Wiederholungsfrequenz des Pumpenlichts bestimmt, während die Scangeschwindigkeit durch den Unterschied zwischen der Wiederholungsfrequenz des Pumpenlichts und des Detektionslichts bestimmt wird.

Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten Parameter von ASOPS zusammen:

Asynchronose optische Probenahme (ASOPS) wird in der Regel mit zwei unabhängigen Ultraschnelllasern realisiert, die über eine hochfrequente Sperrphase und eine hochbandbreite Feedback-Elektronik synchronisiert werden. Eine präzise Zeitsteuerung mit Asynchronooptischer Abtastung (ASOPS) erfordert eine hohe Mess- und Rückkopplungsbandbreite, um eine Genauigkeit von bis zu 5 Sekunden auf der Zeitlinie zu erzielen.

Schnelles optisches Verzögerungsscannen ohne bewegliche Teile: Single-Laser-Methode

K2-Photonics hat eine Lösung für die Asynchronous Optical Sampling (ASOPS)-Technologie entwickelt, mit der ein einziger Laser zum Scannen mit Lichtverzögerung verwendet wird, ohne dassZwei.Allein.Ein sehr schneller Laser. Dies geschieht durch die Erzeugung von zwei Strahlenpulsfolgen in einer einzelnen Laserkammer, die jeweils als Pumpenquelle und Detektionsquelle verwendet werden können.

Diese einkammige, doppelkammige Laserlösung bietet viele Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen asynchronen Probenaufnahmesystemen mit Doppellasern. Erstens vereinfacht es die Versuchseinrichtung erheblich, reduziert die Anzahl der erforderlichen Komponenten und macht das System kompakter und stabiler. Zweitens verbessert sich die Stabilität der Zeitlinie, da sowohl die Pumpenquelle als auch die Detektionsquelle aus derselben Laserkammer stammen und die entsprechenden Impulsgeräusche aufweisen. Das ist weg.Zwei.Allein.StaatlicheDie Nachfrage nach elektronischen Rückkopplungsschaltungen zwischen vertikalen Lasern erhöht die allgemeine Stabilität des Systems erheblich.

Schallgeräuschbegrenzende Signalerkennung

K2 Photonics entschied sich für die Solid-State-Lasertechnologie, um ihr Single-Chamber-Dual-Kamm-Lasersystem zu erstellen. Diese Technologie ermöglicht es dem Laser, bei hohen Frequenzen ultraniedrige Geräusche zu erzeugen. In der Regel liegt das relative Intensitätsgeräuschen (RIN) bei Frequenzen über 1 MHz unter -160 dBc/Hz. Dieses niedrige Grundgeräusch ist besonders vorteilhaft für ASOPS, da sich die meisten interessierenden Signale auf einer hohen Frequenz befinden, die nicht vom Lasergeräusch beeinflusst wird. Tatsächlich entsteht das Rauschen auf dem Signal hauptsächlich aus dem Partikelgeräusch der Sonde, die die Photodiode erkennt, was nur durch die Sondenleistung und die Reaktionsfähigkeit der Photodiode bestimmt wird. Daher ermöglicht der Einsatz von Solid-State-Laser-Technologien in K2 Photonics-Systemen eine höhere Signal-Rauschmessung als ASOPS-Messungen.habenDie ausgezeichnete lineare Zeitverzögerungsachse macht sie zu einem empfindlicheren Werkzeug für ultraschnelles Spektrum und andere Anwendungen.

Vorteile von K2 Photonics in Pumpendetektionsanwendungen

• Hohe Genauigkeit

Die Einkammerstruktur und die gemeinsame Rauschindämmung sorgen für eine Phytosekundengenauigkeit auf der Zeitlinie während des gesamten optischen Verzögerungsscans.

• Kleine Größe

Kein mechanischer Verzögerungsblock und ein Sperrphasenverstärker sind erforderlich, was den Implementierungsprozess für eine hochleistungsstarke Pumpensondeneinstellung erheblich vereinfacht.

• Hohe Empfindlichkeit

Der Lock-Form-Feststofflaser erzeugt einen Laser mit ultraniedrigem Rauschen (RIN und Timing) bei hohen Frequenzen, was eine hohe Empfindlichkeit ermöglicht.