泵浦探测 pump–probe measurements

2022-10-18 15:54:45 浏览:431

定义

研究超快现象的技术,其中泵浦脉冲激发样品,探针脉冲用于在可调延迟时间后探测样品。

泵浦探头测量可用于获取有关超快现象的信息,通常是皮秒或飞秒时间尺度。一般原则如下:

  • 被研究的对象被某个泵浦脉冲击中,从而在样品中产生某种激励(或其他修饰)。
  • 在可调时间延迟后,通常较弱的探头脉冲撞击样品,并测量其透射率或反射率。这揭示了当时样品在多大程度上仍然受到泵浦脉冲的影响。
  • 通过监测探头信号作为时间延迟的函数,可以获得有关产生的激励衰减或泵浦脉冲启动的其他过程的信息。

在大多数情况下,泵浦和探头脉冲来自公共源,例如来自锁模激光器和分束器。相对时序由光学延迟块控制。时间延迟的变化直接从延迟块的路径长度变化中推断出来,例如使用干涉传感器。

请注意,不需要快速光电探测器;时间分辨率从根本上仅受泵浦和探头脉冲的脉冲持续时间的限制。

在某些情况下,泵浦和探头光束的波长并不相同。基于两个同步的短脉冲源(例如激光器和光学参量振荡器,或用同一激光器泵浦的两个参数振荡器)的所谓双色泵浦探头测量在超快激光光谱学中具有额外的功能。然后可以使用不同的泵浦和信号波长进行泵浦-探头测量。在这种情况下,确保不同激光源的紧密同步和非常低的相对定时抖动至关重要,否则抖动可能会破坏可实现的时间分辨率。

探头信号通常很弱。假设被测对象的行为是完全可重复的,则可以对许多脉冲进行平均,以获得更好的信噪比。如果施加的脉冲强度不太高,则通常会出现这种情况。

泵探头测量应用示例

可饱和吸收体的表征

例如,泵浦探头测量可用于监测可饱和吸收器(例如SESAM)在激发后的恢复情况。对于SESAMs,人们通常会观察到相当快的部分恢复,然后是较慢的可饱和损失完全恢复(见图1)。


图1:半导体可饱和吸收体的反射率变化,在t = 0时被短脉冲击中。

光电二极管

光电二极管的速度取决于各种因素,其中之一是光激发载流子的扩散。为了研究这一点,人们还可以非常精确地施加探头脉冲的位置。

激光材料加工

在激光材料加工中,例如涉及激光烧蚀,发生的过程可能相当复杂。在某种程度上,可以通过泵-探头测量来研究它们。例如,人们可能会发现在强烈脉冲之后的时间间隔内,材料以液体形式存在。

时间分辨光谱

泵浦-探头方法也用于各种时间分辨光谱方法。显然,在光谱维度上增加时间维度极大地扩展了研究系统的机会。

方法

作          者: 泮桥成像光电商城

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