飞秒瞬态吸收仪

背景介绍—瞬态吸收光谱和瞬态吸收成像的应用基于泵浦探测（Pump-Probe）原理的瞬态吸收光谱，在频率维度和时间维度上提供了丰富的光谱和动力学信息，过去的几十年应用于物理、化学、材料、能源、生物等广泛领域。当今，许多领域科学研究的范式和需求都在不断更新。尤其是随着钙钛矿光伏、二维材料、量子器件、高温超导等前沿领域的发展，科学家迫亟需在空间维度上揭示载流子等微观离子的迁移和演化规律，研究微纳米材料的物理态在空间分布上的异质性。瞬态吸收成像，可在空间和时间维度上研究微观粒子和能量的运动和演化，是研究微观粒子和能量的时空演化、阐释微观机制的重要工具。瞬态吸收成像，一般有两种实现方式，点扫描成像和宽场成像。相对点扫描成像，宽场成像模式具有速度快、通量高，成像质量更加细腻的特点。Omni-TAM900为北京卓立汉光仪器有限公司全新推出的一款宽场飞秒瞬态吸收成像系统。该系统集成像和动力学于一体，联合飞秒泵浦-探测技术和显微技术，通过自主知识产权的干涉放大技术增强图像信噪比，可获得高质量的成像效果并大幅度缩短测试时间。仪器基本功能和性能：仪器具有点泵浦-宽场探测，和宽场泵浦-宽场探测两种工作模式。分点泵浦模式可用于测量载流子迁移和热导率等；宽场泵浦模式可用于测量载流子分布和物理态的空间异质性等。仪器特点和创新高灵敏、高通量，可测量到单个纳米颗粒、单层石墨烯乃至单层分子晶体的瞬态吸收信号。仪器原理和实现方式Omni-TAM900宽场飞秒瞬态吸收成像系统原理如下图所示，经过飞秒激光器和光学参量放大器（OPA）之后出来的飞秒激光，通过显微镜的光学系统进入，并作为泵浦光源激发样品，而另一束经过空间调制的探测光在一定的时间延迟之后也经过显微系统到达样品，样品在激发态对探测光产生的吸收情况会被显微镜上的sCMOS 相机记录下来。通过调节光学延迟线（Optical Delay Line），得到样品在不同延迟时间下的sCMOS图像。Omni-TAM900 可以有两种成像模式（如下图所示）： 聚焦泵浦光模式（点泵浦，宽场探测）和宽场泵浦光模式（宽场泵浦、宽场探测），前者主要用于研究载流子的迁移，后者用于检测载流子的空间分布状况。软件软件可进行同步采集，自动控制和处理，载流子的寿命、载流子的迁移速率、载流子的分布、动力学等信息均可以通过软件得到。应用方向及实测数据 Omni-TAM900宽场飞秒瞬态吸收成像系统是测量载流子时空演化的强大工具，可广泛应用于物理、材料及器件的前沿研究，比如：太阳能电池、低维材料、量子器件、超导材料、新型半导体、纳米催化、生物传感等，对纳米尺度和飞秒时空尺度中的超快的物理、化学及生物过程进行监测。 金属镀膜中的载流子迁移和热扩散10 nm厚金属薄膜上的超快热载流子和热扩散，采用仪器的点激发，宽场探测模式。半导体中的载流子迁移和热扩散同时监测Si基半导体中的载流子迁移和热扩散（可测量半导体材料的热导率），采用仪器的点激发，宽场探测模式。光伏材料中的载流子迁移和演化钙钛矿CsPbBr3载流子成像，迁移动力学及边缘态动力学研究。采用仪器的宽场激发，宽场探测模式催化材料中的热载流子分布和“热点”局部热电子密度高、寿命长，可能具有更高的催化活性。采用仪器的宽场激发，宽场探测模式。新型二维材料中的边缘物理态研究二维WS2中激子分布情况，激子寿命研究。可以看到，多层的边缘具有更高激子密度和更长激子寿命技术参数 光源飞秒激光 +OPA，激光波长范围取决于应用场景检测器sCMOS成像空间分辨率500 nm载流子迁移定位精度30nm时间分辨率500 fs (100 fs 激光脉冲条件下）时间延迟线0-4 ns/0-8 ns显微镜模块倒置显微镜，上方为开放空间，后期可兼容低温模块、探针台、电学调控、磁场等特殊实验场景。测量模式点泵浦 + 宽场探测（载流子迁移）宽场泵浦 + 宽场探测（载流子分布）仪器工作模式反射 / 散射已发表文献：J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 13928专利：202110510123.X（以上展示的所有实测数据均为本型号仪器测得，并已公开发表，更多细节请查阅以上文献）。更多参考文献：（为了方便用户参考研究前沿，如下列出一些国际上利用瞬态吸收成像方法的研究案例。这些数据并非用该型号仪器获得，但是卓立Omni-TAM900仪器可实现这些应用场景中的绝大多数功能。如有特殊需求，欢迎与卓立汉光联系。）Science 2017, 356, 59 (钙钛矿超长热载流子)Nat. Mater. 2020, 19, 617 （转角二维量子异质结）Science 2021, 371, 371 （超导材料电荷密度波）Science 2022, 377, 437 （立方砷化硼超高载流子）Nat. Mater. 2020 , 9, 56 (材料中的携能载流子)

闪烁体是一类吸收高能粒子或射线后能够发光（探测器灵敏波段）的材料，可分为有机和无机两大类，按其形态又可分为固体、液体和气体三种。 当闪烁体受到高能粒子或射线照射后能够发生能级跃迁，且产生的紫外可见光强度可被光电探测器探测到。当X射线与闪烁体作用时，一个X射线光子，可以产生多个光子，与紫外可见光不同，因为X射线的能量足以使物体电离，使电子脱离能级的束缚。能量越高的X射线光子，通过产生俄歇电子，康普顿散射等产生更多的电离电子（二次电子），二次电子热能化退至激发能级，通过荧光或磷光的方式发光。因此闪烁体对辐射具有能量分辨率。在医学上，闪烁体是核医学影像设备的核心部件，通过它可以快速诊断出人体各器官的病变大小和位置。闪烁体在行李安检、集装箱检查、大型工业设备无损探伤、石油测井、放射性探测、环境监测等领域也都发挥着不可替代的作用。闪烁体还是制造各类对撞机中电磁量能器的重要材料，它可捕捉核反应后产生的各种粒子的信息，是人类探索微观世界及宇宙演变的重要工具。稳态瞬态荧光-闪烁体综合性能表征系统可综合测试稳态瞬态光致发光以及X射线辐射发光。X射线辐射样品仓安装可控屏蔽快门，在辐射光源最大功率下关闭快门时，样品位置辐射剂量小于10uSv/h，辐射防护满足国标GBZ115-2023《低能射线装置放射防护标准》的要求。 该系统可根据用户需要搭建以下功能● 稳态荧光/瞬态荧光● 稳态X射线荧光/瞬态X射线荧光● X射线荧光成像● 显微荧光/显微荧光寿命成像● 温度相关光谱 X射线荧光成像瞬态X射线荧光寿命测试技术参数X射线荧光成像TYP 39分辨率卡的X射线图像。测试1mm厚的YAG(Ce)时，分辨率可以达到20pl/mm以上。

本系统主要是针对光电器件的动力学分析，利用周期性的脉冲单色光源，产生光电流或者光电压的信号。 并对此信号进行时域或者频域的分析，得到光生电的响应时间，如上升 / 下降时间，瞬态光电流与 瞬态光电压曲线 , 从而可以分析器件内部的动力学过程，如载流子的迁移率、载流子的寿命、 载流子的扩散长度等。产品特点：■ 支持多路激光器■ 系统采用显微光路，多种物镜可以切换■ 样品台三维可移动，方便光斑与样品重合■ 支持探针台结构■ 支持高稳定性高亮度可程控LED光源支持高速频闪，响应时间低于100ns, 频闪响应时间低至10μszolix瞬态光电性能测试系统DSR800适用范围：■ 钙钛矿太阳能电池，有机太阳能电池，有机无机杂化太阳能电池，薄膜太阳能电池，燃料敏化太阳能电池■ 金属半导体异质结器件■ 光电传感器件测量模式：■ 稳态IV测试(Steady State Current-Voltage Characterization)■ 瞬态光电压/光电流测试(Transient Photovoltage/Transient Photocurrent)■ 开路光电压衰减/电荷抽取(Open-Circuit Voltage Decay/Time-Resolved Charge Extraction)■ 电压调制瞬态光电压/光电流(Electrical Modulated Transient Photovoltage/Transient Photocurrent)■ 自定义测量模式(Customized Measurement)配置参数：更多配置说明咨询销售激光光源a纳秒激光器：可选波长：375nm-1310nm范围内多种波长可选，具体咨询销售半导体激光器：可选波长：266nm-2200nm范围内多种波长可选，具体咨询销售高稳定性高亮度可程控LED光源支持高速频闪，响应时间低于100ns, 频闪响应时间低至10μs 显微镜模块4个显微镜安装孔，支持多个显微物镜切换内置LED照明模块 多个显微物镜：10x ,20X ,50X等 数据采集模块时间分辨率：4ns/2ns/1.14ns/800ps/400ps可选通道：2/4通道可选 采样率：2.5 GS/s 记录长度：10M 输入阻抗：1MΩ，50Ω 样品台探针台适正面电极或者异面电极的样品3M夹子样品台适用于：间距为2.54mm的背电极样品 支持定制样品台，适用多种器件结构IPCE测试（扩展功能）波长范围300-1100nm，可以扩展到1700nm功能：光谱响应度，量子效率，单色光IV特性a，根据不同寿命测试需要选择不同类型的，如测试上升或者下降沿需求为μs量级，选择纳秒激光器。zolix瞬态光电性能测试系统DSR800 应用测量结果■ 光电器件表征上图为使用ps 激光器测试的不同类型的探测器的瞬态光电流曲线，点线是实测曲线，实线为拟合曲线。样品1 硅基探测器，样品感光面积10mm×10mm，下降时间2.99μs ；样品2 氮化镓，样品感光面积1mm2，下降时间82ns ；样品3，氮化镓器件，样品感光面积0.04mm2，下降时间6ns。■ 光伏器件表征大功率LED 光源作为白光偏光光源，也可以选择不同波长LED 光源。对于瞬态测试，532nm 纳秒脉冲激光作为脉冲光源。硅基太阳能电池在无偏置光情况下瞬态光电压信号随脉冲光强的变化硅基太阳能电池瞬态光电压信号随偏置光强的变化硅基太阳能电池瞬态光电流信号随偏置光强的变化硅基太阳能电池器件微分电容和偏置光电压的关系曲线硅基太阳能电池器件电荷量和偏置光电压的关系曲线