在傳(chuan) 統的TDTR中，泵浦光束和探測光束是兩(liang) 個(ge) 同步脈衝(chong) 序列，並且測量數據作為(wei) 延遲時間的函數被記錄在時域中。這種方法被稱為(wei) 同
步采樣，數據采集的速度通常受到延遲階段的行進速度以及係統在每個(ge) 新的延遲時間內(nei) 達到平衡狀態所需時間的限製(通常需要1 s來采
集一個(ge) 數據點)。異步光學采樣(ASOPS)可以實現更快的數據采集，它使用兩(liang) 種不同的鎖模激光器，脈衝(chong) 重複率略有不同。這自動提供
了兩(liang) 個(ge) 脈衝(chong) 之間的時變延遲。
圖1(a)說明了ASOPS中信號檢測的原理。頂部所示的曲線表示響應泵輸入的樣品表麵溫度，其重複率為(wei) fpump，周期為(wei) 1/fpump。由
點表示的每個(ge) 連續探測脈衝(chong) 相對於(yu) 泵脈衝(chong) 延遲時間δt =δf/(fpump-fprobe)，其中δf = fpump–fprobe，也稱為(wei) 拍頻。在信號的一個(ge)
完整周期內(nei) 采樣的總點數為(wei) N = f probe/δf。更重要的是，這個(ge) 采樣過程在t = 1/δf的周期內(nei) 自動重複。因此，ASOPS技術是電子示
波器的光學模擬。例如，給定fpump= 80 MHz和頻率偏移δf = 1 KHz，ASOPS將實現δt = 0.16 ps的延遲時間增量，完成一次全周
期掃描的測量時間僅(jin) 為(wei) 1 ms，這意味著ASOPS儀(yi) 器可以在1 s內(nei) 獲得1000次采集。這種快速數據采集允許ASOPS對多次重複測量進行
平均，將檢測噪聲顯著降低到非常低的水平。請注意，ASOPS最終實現的時間分辨率不僅(jin) 取決(jue) 於(yu) 延遲時間增量，還取決(jue) 於(yu) 脈衝(chong) 持續時
間和檢測帶寬。然而，1 ps的時間分辨率對於(yu) TDTR實驗來說已經足夠了，而據報道，對於(yu) ASOPS技術來說，時間分辨率小到50 fs。
圖1. (a)ASOPS中的信號檢測機製(b)一個(ge) 基於(yu) ASOPS的TDTR係統示意圖
與(yu) 傳(chuan) 統的基於(yu) 機械延遲的泵-探針係統相比，ASOPS顯然具有許多優(you) 勢:(1) ASOPS能夠實現更快的數據采集。因此，通過對短時間內(nei) 采
集的大量數據求平均值，可以顯著降低噪聲水平。(2) ASOPS消除了由於(yu) 光束指向不穩定和光斑尺寸變化引起的機械延遲階段和相關(guan) 的
係統誤差。(3) ASOPS可以訪問整個(ge) 延遲範圍，而在傳(chuan) 統的泵探針計量中，延遲時間受到延遲階段長度的限製。誠然，ASOPS的所有
優(you) 勢都是以需要兩(liang) 個(ge) 超快激光器而不是一個(ge) 為(wei) 代價(jia) 的。
ASOPS通常不需要對泵浦光束進行幅度調製來進行數據采集，而傳(chuan) 統的泵浦探測係統通常需要對泵浦光束進行調製來進行鎖定檢測。
然而，在不調製泵浦光束的情況下，在典型的ASOPS實驗中獲得的信號僅(jin) 由激光重複頻率倍數的頻率響應組成(例如，frep、2frep
等)。但缺少調製頻率的頻率分量(例如，fmod、fmod+frep、fmod+2frep等)。由於(yu) 激光重複頻率通常是一個(ge) 固定值，並且遠大於(yu) 調
製頻率frep≫ fmod，因此如果沒有調製，ASOPS在熱測量中的功能將受到極大的損害。為(wei) 了克服這個(ge) 問題，迪爾海爾提出了一種高通
量時域熱反射(HT-TDTR)技術，該技術將ASOPS與(yu) 泵浦光束的高頻調製相結合，能夠快速準確地測量熱特性。圖1(b)顯示了基於(yu)
ASOPS的TDTR係統的示意圖。在這個(ge) 係統中，泵浦光束被EOM調製到頻率ω0 = 2πfmod。光電二極管檢測器探測到的信號可以表示
為(wei)
鎖相放大器同相和異相輸出的表達式為(wei)
這裏，ωs = 2πfpump，δω= 2ωδf，t0表示等效延遲時間。與(yu) 傳(chuan) 統TDTR方程中的信號相比，唯一的區別在於(yu) 指數項，用ASOPS-
TDTR中的δωt0代替了傳(chuan) 統TDTR中的ωst’d。因此，ASOPS-TDTR中鎖定放大器的輸出信號隨周期1/δf而時變。ASOPS-TDTR中檢
測到的信號不像傳(chuan) 統TDTR中的信號那樣是純正弦信號，而是以調製頻率為(wei) 中心，在頻域中具有δf的邊帶。通常需要δf = 1 Hz的小拍
頻，以便可以為(wei) 鎖定放大器選擇30 μs的時間常數，以避免信號混疊。然後用示波器記錄作為(wei) 掃描時間或實驗室時間t的函數的信號。由
於(yu) 示波器記錄的時間與(yu) 等效延遲時間t’d相比已經被拉伸了因子fpump/δf[見圖1(a)]，因此需要校正記錄的時間，以便將記錄的信號
與(yu) 模型預測進行比較。ASOPS-TDTR和傳(chuan) 統的TDTR應該產(chan) 生與(yu) 延遲時間完全相同的信號，隻是數據采集方式不同。這種ASOPS-
TDTR技術的數據采集速度快了10倍，並且沒有與(yu) 移動延遲階段相關(guan) 的偽(wei) 影，已經成功地国产成人在线观看免费网站於(yu) 多項研究，例如鐵矽鍺薄膜合金的高速
熱導率繪圖。盡管如此，純ASOPS係統沒有泵浦調製也被用來測量不同厚度(15-50 nm)的矽鍺超晶格的熱導率。
ASOPS的另一個(ge) 重要特性是探測速率可以比泵浦速率慢很多倍，fpump = nf probe+δf，其中n是整數。這使得能夠以慢得多的采集
速率對超快現象進行采樣。例如，Pradere等人使用這種技術，使用紅外相機以僅(jin) 25 Hz的采集速率對30 KHz的熱波進行采樣。
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