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寬場飛秒瞬態吸收成像系統

產品型號：Omni-TAM900
產品時間：2024-05-20
簡要描述：Omni-TAM900為北京卓立漢光儀器有限公司全新推出的一款寬場飛秒瞬態吸收成像系統。該系統集成像和動力學于一體，聯合飛秒泵浦-探測技術和顯微技術，通過自主知識產權的干涉放大技術增強圖像信噪比，可獲得高質量的成像效果并大幅度縮短測試時間。

產品介紹

背景介紹—瞬態吸收光譜和瞬態吸收成像的應用
基于泵浦探測（Pump-Probe）原理的瞬態吸收光譜，在頻率維度和時間維度上提供了豐富的光譜和動力學信息，過去的幾十年應用于物理、化學、材料、能源、生物等廣泛領域。當今，許多領域科學研究的范式和需求都在不斷更新。尤其是隨著鈣鈦礦光伏、二維材料、量子器件、高溫超導等前沿領域的發展，科學家迫亟需在空間維度上揭示載流子等微觀離子的遷移和演化規律，研究微納米材料的物理態在空間分布上的異質性。瞬態吸收成像，可在空間和時間維度上研究微觀粒子和能量的運動和演化，是研究微觀粒子和能量的時空演化、闡釋微觀機制的重要工具。

瞬態吸收成像，一般有兩種實現方式，點掃描成像和寬場成像。相對點掃描成像，寬場成像模式具有速度快、通量高，成像質量更加細膩的特點。

Omni-TAM900為北京卓立漢光儀器有限公司全新推出的一款寬場飛秒瞬態吸收成像系統。該系統集成像和動力學于一體，聯合飛秒泵浦-探測技術和顯微技術，通過自主知識產權的干涉放大技術增強圖像信噪比，可獲得高質量的成像效果并大幅度縮短測試時間。

儀器基本功能和性能：儀器具有點泵浦-寬場探測，和寬場泵浦-寬場探測兩種工作模式。分點泵浦模式可用于測量載流子遷移和熱導率等；寬場泵浦模式可用于測量載流子分布和物理態的空間異質性等。

儀器特點和創新

高靈敏、高通量，可測量到單個納米顆粒、單層石墨烯乃至單層分子晶體的瞬態吸收信號。

儀器原理和實現方式

Omni-TAM900寬場飛秒瞬態吸收成像系統原理如下圖所示，經過飛秒激光器和光學參量放大器（OPA）之后出來的飛秒激光，通過顯微鏡的光學系統進入，并作為泵浦光源激發樣品，而另一束經過空間調制的探測光在一定的時間延遲之后也經過顯微系統到達樣品，樣品在激發態對探測光產生的吸收情況會被顯微鏡上的sCMOS 相機記錄下來。通過調節光學延遲線（Optical Delay Line），得到樣品在不同延遲時間下的sCMOS圖像。

Omni-TAM900 可以有兩種成像模式（如下圖所示）：聚焦泵浦光模式（點泵浦，寬場探測）和寬場泵浦光模式（寬場泵浦、寬場探測），前者主要用于研究載流子的遷移，后者用于檢測載流子的空間分布狀況。

軟件

軟件可進行同步采集，自動控制和處理，載流子的壽命、載流子的遷移速率、載流子的分布、動力學等信息均可以通過軟件得到。

應用方向及實測數據

Omni-TAM900寬場飛秒瞬態吸收成像系統是測量載流子時空演化的強大工具，可廣泛應用于物理、材料及器件的前沿研究，比如：太陽能電池、低維材料、量子器件、超導材料、新型半導體、納米催化、生物傳感等，對納米尺度和飛秒時空尺度中的超快的物理、化學及生物過程進行監測。

金屬鍍膜中的載流子遷移和熱擴散

10 nm厚金屬薄膜上的超快熱載流子和熱擴散，采用儀器的點激發，寬場探測模式。

半導體中的載流子遷移和熱擴散

同時監測Si基半導體中的載流子遷移和熱擴散（可測量半導體材料的熱導率），采用儀器的點激發，寬場探測模式。

光伏材料中的載流子遷移和演化

鈣鈦礦CsPbBr3載流子成像，遷移動力學及邊緣態動力學研究。采用儀器的寬場激發，寬場探測模式

催化材料中的熱載流子分布和“熱點"

局部熱電子密度高、壽命長，可能具有更高的催化活性。采用儀器的寬場激發，寬場探測模式。

新型二維材料中的邊緣物理態研究

二維WS2中激子分布情況，激子壽命研究。可以看到，多層的邊緣具有更高激子密度和更長激子壽命

技術參數

光源	飛秒激光 +OPA，激光波長范圍取決于應用場景
檢測器	sCMOS
成像空間分辨率	500 nm
載流子遷移定位精度	30nm
時間分辨率	500 fs (100 fs 激光脈沖條件下）
時間延遲線	0-4 ns/0-8 ns
顯微鏡模塊	倒置顯微鏡，上方為開放空間，后期可兼容低溫模塊、探針臺、電學調控、磁場等特殊實驗場景。
測量模式	點泵浦 + 寬場探測（載流子遷移）寬場泵浦 + 寬場探測（載流子分布）
儀器工作模式	反射 / 散射

已發表文獻：

J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 13928專li：202110510123.X（以上展示的所有實測數據均為本型號儀器測得，并已公開發表，更多細節請查閱以上文獻）。

更多參考文獻：

（為了方便用戶參考研究前沿，如下列出一些國際上利用瞬態吸收成像方法的研究案例。這些數據并非用該型號儀器獲得，但是卓立Omni-TAM900儀器可實現這些應用場景中的絕大多數功能。如有特殊需求，歡迎與卓立漢光聯系。）

Science 2017, 356, 59 (鈣鈦礦超長熱載流子)

Nat. Mater. 2020, 19, 617 （轉角二維量子異質結）

Science 2021, 371, 371 （超導材料電荷密度波）

Science 2022, 377, 437 （立方砷化硼超高載流子）

Nat. Mater. 2020 , 9, 56 (材料中的攜能載流子)

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