迅速で正確なフィルム検出

紹介

ポンプ−プローブサンプリングは、主に材料及び生物系における超高速プロセス（fs〜ns）を観察するための強力で有効な技術である。超短レーザパルス（「ポンプ」パルス）を試料に照射して、試料内の物理過程または化学反応を励起する。その後、時間遅延のある2本目のレーザパルス（「プローブ」パルス）がサンプルを通過し、初期励起によるサンプルの光学特性の変化を測定した。ポンプパルスとプローブパルスの間の遅延時間を変更することにより、サンプルのポンプパルス応答に対する詳細な時間記録を得ることができ、高い時間分解能を持つ。

ポンプ−プローブサンプリングは、エネルギー移動、光化学、および他の重要なプロセスの基本的なメカニズムを理解するのに役立つ材料科学および化学の分野で特に有用である。高性能ポンプ・プローブ測定システムを実現するには様々な方法がある。下図は、優れた性能を実現するポンプ・プローブ装置に必要な装置を概念的に比較したものである。K 2-Photonicsレーザーソリューションは、このポンプ-プローブ方法を実用化する上で容易に導入できるように、簡単な方法で高性能なポンプ-プローブ測定を実現することができます。

主な課題：光遅延スキャン

より長いポンプ−プローブ遅延は、通常、ピコ秒超音波などの用途においても、表面音波と熱動力学を解析するために必要である。長走査範囲は、現代の半導体マイクロチップに見られるような、総厚が数十マイクロメートルに達する複雑なフィルム積層を研究することができる。残念なことに、機械的遅延線を用いてこのような長距離の走査速度を行うのは遅く、ビームの偏向や発散によりシステム誤差が生じやすく、複雑な光機械システムが必要となる。さらに、遅い光遅延走査速度は、高感度を得るために信号を位相同期検出する必要があり、これはシステムの複雑さをさらに増加させる。

可動部品不要の高速光学遅延走査：デュアルレーザ方法

非同期光サンプリング（ASOPS）はポンプ‐プローブ測定において長い光遅延走査を得る代替方法である。光をポンプするための2つの異なる光パルスレートと、光を検出するための別の光パルスレートを使用して、両者の間の光遅延を正確かつ迅速にスキャンすることができます。この技術は超高速光音響や他の過渡吸収研究によく用いられる。走査範囲はポンプ光の繰り返し周波数によって決定され、走査速度はポンプ光とプローブ光の繰り返し周波数の差によって決定される。

次の表では、ASOPSの重要なパラメータをまとめています。

非同期光サンプリング（ASOPS）は通常、高周波位相同期ループと高帯域幅フィードバック電子装置により同期する2つの独立した超高速レーザを用いて実現される。非同期光サンプリング（ASOPS）を用いた正確なタイミング制御を実現するには、時間軸上でフェムト秒レベルの精度を得るために高い測定とフィードバック帯域幅が必要である。

可動部品なしの高速光遅延走査：単一レーザ方法

K 2-Photonics社は非同期光サンプリング（ASOPS）技術のために1台のレーザを用いて光遅延走査を実現し、不要なソリューションを開発した二個人立てられた超高速レーザ。これは単一のレーザキャビティ内に2つのパルスシーケンスを生成することによって実現され、各パルスシーケンスはそれぞれポンプ源とプローブ源として使用することができる。

従来のデュアルレーザ非同期光サンプリングシステムと比較して、この単一空洞デュアル櫛形レーザソリューションは多くの利点を持っている。まず、実験装置を大幅に簡略化し、必要なコンポーネントの数を減らし、システムをよりコンパクトで安定させる。第二に、ポンプ源とプローブ源はすべて同じレーザーキャビティから来ており、関連するパルスノイズ特性を持っているため、時間軸の安定性が向上した。これにより、二個人立つ立上レーザ間の電子フィードバック回路への需要は、システム全体の安定性を大幅に向上させた。

ショットノイズ制限信号検出能力

K 2 Photonicsは固体レーザ技術を選択して、彼らの単空洞二重コームレーザシステムを作成した。この技術は、レーザ光を高周波で超低強度のノイズにする。一般に、相対強度ノイズ（RIN）は、1 MHzを超える周波数に対して−160 dBc／Hz未満である。このような低バックグラウンドノイズは、関心のある信号の多くがレーザノイズの影響を受けない高周波に位置するため、ASOPSに特に有利である。実際、信号上のノイズは主にプローブによってフォトダイオードのショットノイズを検出し、これはフォトダイオードのプローブパワーと応答度によってのみ決定される。したがって、K 2 Photonicsシステムにおいて固体レーザ技術を用いてより高い信号対雑音比ASOPS測定を実現することができ、ある優れた線形時間遅延軸により、超高速スペクトルや他の用途により感度の高いツールになります。

ポンプ検出用途におけるK 2 Photonicsの利点

•精度が高い

単一空洞構造と共雑音抑制は、光遅延走査中の時間軸全体のフェムト秒レベルの精度を確保する。

•小型

機械的遅延ブロックと位相同期増幅器を必要とせず、高性能ポンププローブ設置の実現プロセスを大幅に簡略化した。

•感度が高い

モード同期固体レーザは高周波で超低雑音（RINとタイミング）のレーザを発生し、高感度測定を実現することができる。