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時(shí)域熱反射譜（TDTR）

簡介：

在 TDTR 與 FDTR 實(shí)驗(yàn)中，被測信號(hào)通常是一個(gè)周期性微弱信號(hào)。因此，為了獲得高信噪比，需要一臺(tái)既快速又精確的鎖相放大器。另一種利用高速光電探測器的策略就是結(jié)合 BOXCAR 平均器一起使用。飛時(shí)科技提供相關(guān)產(chǎn)品，樣機(jī)可免費(fèi)試用。

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應(yīng)用描述

相關(guān)產(chǎn)品： MFLI, HF2LI, UHFLI,?MF-MD, HF2LI-MF, UHF-MF, MF-MOD, HF2LI-MOD, UHF-MOD, UHF-BOX

時(shí)域熱反射譜（TDTR）是一種用來表征薄膜或者體材料熱學(xué)性質(zhì)的技術(shù)。其測量數(shù)據(jù)有助于理解由聲子和電子主導(dǎo)的輸運(yùn)過程。在典型的超快激光驅(qū)動(dòng)的時(shí)域熱反射譜實(shí)驗(yàn)中，一束被調(diào)制過的泵浦光和一束由機(jī)械延時(shí)線控制光程的探測光照射至樣品表面。隨后，通過對延時(shí)線的掃描，我們就能得到泵浦光與探測光之間光程差對應(yīng)時(shí)間的時(shí)域熱反射信號(hào)。得益于超快激光和泵浦探測技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)能夠測得 ps 甚至亞 ps 量級(jí)時(shí)間分辨率的熱電導(dǎo)或者體積熱容的變化過程。

頻域熱反射譜（FDTR）是在時(shí)域熱反射譜的基礎(chǔ)上發(fā)展出的新探測手段，探測的熱反射信號(hào)隨泵浦光的調(diào)制頻率變化，而并非改變光程測得的時(shí)域信號(hào)。頻域熱反射譜同樣可以測量熱學(xué)性質(zhì)，并且使用脈沖激光或者連續(xù)激光皆可。連續(xù)型頻域熱反射譜的優(yōu)勢在于不需要使用昂貴的脈沖激光器。

對于 FDTR 和TDTR 來說，都可以通過改變泵浦光的調(diào)制頻率來探究不同的熱傳導(dǎo)過程。

測量策略

在 TDTR 與 FDTR 實(shí)驗(yàn)中，被測信號(hào)通常是一個(gè)周期性微弱信號(hào)。因此，為了獲得高信噪比，需要一臺(tái)既快速又精確的鎖相放大器。另一種利用高速光電探測器的策略就是結(jié)合 BOXCAR 平均器一起使用。這種策略可以只記錄信號(hào)周期內(nèi)低占空比的脈沖部分，這樣就能把周期內(nèi)其余部分的噪聲摒棄出去。

TDTR 測量

由于泵浦光引起的周期性熱流導(dǎo)致了樣品表面反射率的周期性變化，通過探測光，就能測得光程相對應(yīng)的時(shí)間分辨溫度變化。其中，泵浦光通常利用電-光調(diào)制器（EOM）進(jìn)行 0.2 - 20 MHz 頻率范圍內(nèi)的調(diào)制。隨后，泵浦光通過物鏡匯聚到樣品表面。與此同時(shí)，與泵浦光共線的探測光脈沖也經(jīng)過延遲光路后照射到同一位置。最后，反射光信號(hào)進(jìn)入光電探測器轉(zhuǎn)化成電信號(hào)進(jìn)入鎖相放大器。圖1所示即為典型的實(shí)驗(yàn)示意圖。

圖1： TDTR 與脈沖型 FDTR 的實(shí)驗(yàn)示意圖

由于待測信號(hào)微弱，因此TDTR 是一種極難的測量，并且必須通過高精度的電子測量設(shè)備和大量的平均獲得較高的信噪比。

FDTR 測量

TDTR 的實(shí)驗(yàn)裝置可以通過掃描調(diào)制頻率的方法輕松轉(zhuǎn)變成脈沖激光驅(qū)動(dòng)的 FDTR 實(shí)驗(yàn)，需要做的就是將延時(shí)線停在固定位置并掃描幾十 MHz 頻率范圍的泵浦光調(diào)制頻率。在脈沖型 FDTR 和連續(xù)型 FDTR（實(shí)驗(yàn)示意圖見圖2）中，光電探測器與信號(hào)分析電子設(shè)備測量的信號(hào)都是對于泵浦光調(diào)制頻率的響應(yīng)。而調(diào)制變化速率可以調(diào)節(jié)，其大小受限于有效信噪比。

圖2：連續(xù)型 FDTR 示意圖

綜上所述，擁有一臺(tái)能夠覆蓋所需調(diào)制頻率以及低噪聲的靈敏輸入端的鎖相放大器是獲得既快又可靠的測量結(jié)果的關(guān)鍵。

相關(guān)產(chǎn)品推薦的理由

━ 高速及高信噪比測量：擁有低輸入噪聲，高樣本傳輸率，配合最先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的 HF2LI 和 UHFLI 是理想的 TDTR 及 FDTR 微弱信號(hào)測量儀器。

━ 大頻率范圍：掃描大范圍的調(diào)制和解調(diào)頻率對于 FDTR 實(shí)驗(yàn)來說是十分重要的，這是因?yàn)闃悠飞系臒釀?dòng)力過程取決于調(diào)制頻率。

━ 對于一些基于低重復(fù)頻率超短脈沖激光的 TDTR 實(shí)驗(yàn)，利用 BOXCAR 平均可以獲得比常規(guī)鎖相測量更高的信噪比。利用 UHF-BOX 選件的 BOXCAR 平均器和常規(guī)鎖相放大器功能，可以在一臺(tái)儀器上同時(shí)觀測測量結(jié)果。

━ HF2LI 和 UHFLI 的雙通道支持兩路光電探測器的同步探測，可以用其中一路作為參考光信號(hào)，修正激光器本身的功率抖動(dòng)。

━ 給探測光增加一個(gè)調(diào)制器，例如在寬帶 FDTR（BB-FDTR）或者雙調(diào)制 TDTR 實(shí)驗(yàn)中（見圖3），可以有效地去除經(jīng)過調(diào)制后的散射光噪聲，其來源可能來自于樣品表面的不平整缺陷。這個(gè)額外的調(diào)制可以結(jié)合 UHF-MF，HF2-MF 多頻選件以及 UHF-MOD，HF2-MOD 的調(diào)頻調(diào)幅選件將信號(hào)中的有效部分提取出來。

圖3：TDTR 與脈沖型 FDTR 示意圖，可以選擇對探測光進(jìn)行調(diào)制

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