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Omni-TAM900寬場(chǎng)飛秒瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)

Omni-TAM900為北京卓立漢光儀器有限公司新推出的一款寬場(chǎng)飛秒瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成像和動(dòng)力學(xué)于一體，聯(lián)合飛秒泵浦-探測(cè)技術(shù)和顯微技術(shù)，通過自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的干涉放大技術(shù)增強(qiáng)圖像信噪比，可獲得高質(zhì)量的成像效果并大幅度縮短測(cè)試時(shí)間。
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產(chǎn)品概述

Omni-TAM900為北京卓立漢光儀器有限公司新推出的一款寬場(chǎng)飛秒瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成像和超快動(dòng)力學(xué)于一體，聯(lián)合飛秒泵浦-探測(cè)技術(shù)和顯微技術(shù)，可獲得高質(zhì)量的成像效果并大幅度縮短測(cè)試時(shí)間。

Omni-TAM900飛秒寬場(chǎng)瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)同時(shí)支持多個(gè)測(cè)量模式，具有完善的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集和處理軟件，用于半導(dǎo)體載流子遷移擴(kuò)散、微納材料與器件的載流子壽命成像，如太陽能電池、低維材料、量子器件、超導(dǎo)材料、新型半導(dǎo)體、納米催化、生物傳感等納米和飛秒時(shí)空尺度的超快物理、化學(xué)及生物過程監(jiān)測(cè)。

泵浦探測(cè)技術(shù)
光電材料的外光電效應(yīng)主要發(fā)生在飛秒時(shí)間尺度，隨之而來的缺陷捕獲、載流子復(fù)合擴(kuò)散主要發(fā)生在皮秒、納秒尺度。飛秒泵浦探測(cè)技術(shù)是一種廣泛使用技術(shù)，用于探測(cè)材料中載流子的動(dòng)力學(xué)行為。一束飛秒脈沖光激發(fā)樣品，另一束飛秒脈沖光作為探測(cè)光，通過計(jì)算有無泵浦光的吸光度差值，并逐步改變兩束光的時(shí)間延遲，得到光激發(fā)樣品后載流子瞬態(tài)吸收信號(hào)，用于追蹤半導(dǎo)體或分子材料中激發(fā)態(tài)的動(dòng)力學(xué)過程。

泵浦- 探測(cè)技術(shù)示意圖
 
將一束寬譜光作為探測(cè)光，另一束單色光作為激發(fā)光，并利用光學(xué)斬波對(duì)激發(fā)光進(jìn)行開關(guān)調(diào)制，總的瞬態(tài)吸收信號(hào)的變化表示為：

其中 為未經(jīng)過樣品探測(cè)光強(qiáng)， 為經(jīng)過樣品探測(cè)光強(qiáng)。根據(jù)光與物質(zhì)相互作用，光激發(fā)后，材料內(nèi)部的電子發(fā)生電偶極躍遷，瞬態(tài)信號(hào)變化（ΔA）來自于基態(tài)漂白(GSB，ΔA<0)、激發(fā)態(tài)吸收（ESA，ΔA>0）以及受激輻射（S，ΔA<0）三種，瞬態(tài)0 0 吸收信號(hào)的測(cè)量需要考慮熒光和基態(tài)漂白的影響并予以扣除。

泵浦- 探測(cè)技術(shù)測(cè)量信號(hào)類型

寬場(chǎng)瞬態(tài)吸收成像

基于泵浦探測(cè)（Pump-Probe）原 理的瞬態(tài)吸收光譜，在光譜維度和超快時(shí)間尺度上提供了豐富的光譜和動(dòng)力學(xué)信息，過去幾十年廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)、材料、能源、生物等廣泛領(lǐng)域。當(dāng)今，許多領(lǐng)域科學(xué)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(dǎo)等前沿領(lǐng)域的發(fā)展，科學(xué)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(guī)律，研究微納米材料的物理態(tài)在空間分布上的異質(zhì)性。
瞬態(tài)吸收顯微鏡通過空間掃描或?qū)拡?chǎng)成像實(shí)現(xiàn)光激發(fā)材料中載流子的瞬態(tài)成像，是研究微觀粒子和能量的時(shí)空演化、闡釋微觀機(jī)制的重要工具。瞬態(tài)吸收成像，一般有兩種實(shí)現(xiàn)方式，點(diǎn)掃描成像和寬場(chǎng)成像。相對(duì)點(diǎn)掃描成像，寬場(chǎng)成像模式具有速度快、通量高，成像質(zhì)量更加細(xì)膩的特點(diǎn)。
點(diǎn)掃描瞬態(tài)吸收成像
  
Omni-TAM900為北京卓立漢光儀器有限公司全新推出的一款寬場(chǎng)飛秒瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成像和動(dòng)力學(xué)于一體，具有多種測(cè)量模式，包括顯微瞬態(tài)吸收模式，點(diǎn)泵浦-寬場(chǎng)探測(cè)，寬場(chǎng)激發(fā)寬場(chǎng)探測(cè)模式。顯微瞬態(tài)吸收獲取微區(qū)的瞬態(tài)吸收信號(hào)；點(diǎn)泵浦-寬場(chǎng)探測(cè)獲取載流子在探測(cè)區(qū)域的擴(kuò)散情況；寬場(chǎng)激發(fā)寬場(chǎng)探測(cè)模式實(shí)現(xiàn)載流子濃度分布的超快成像。以上多種測(cè)量模式彼此 切換，實(shí)現(xiàn)對(duì)光電材料與器件的多種模式測(cè)量。
 
軟件

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集軟件具有模塊化設(shè)計(jì)和友好的戶用界面，支持時(shí)間延遲線自動(dòng)掃描，支持設(shè)置相機(jī)參數(shù)。支持獲取多種成像數(shù)據(jù)，包括瞬態(tài)數(shù)據(jù)和穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)。支持?jǐn)?shù)據(jù)可視化和對(duì)成像數(shù)據(jù)進(jìn)行選區(qū)以及像素點(diǎn)平均。支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出，支持多種數(shù)據(jù)擬合。軟件可進(jìn)行同步數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)擬合，載流子的壽命、載流子的遷移速率、載流子的分布、動(dòng)力學(xué)等信息均可以通過軟件得到。

系統(tǒng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

Omni-TAM900寬場(chǎng)飛秒瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)是測(cè)量載流子時(shí)空演化的強(qiáng)大工具，可廣泛應(yīng)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(dǎo)材料、新型半導(dǎo)體、納米催化、生物傳感等，對(duì)納米尺度和飛秒時(shí)空尺度中的超快的物理、化學(xué)及生物過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

金屬鍍膜中的載流子遷移和熱擴(kuò)散
 
10 nm厚金屬薄膜上的超快熱載流子和熱擴(kuò)散，采用儀器的點(diǎn)激發(fā)，寬場(chǎng)探測(cè)模式。
半導(dǎo)體中的載流子遷移和熱擴(kuò)散
 
同時(shí)監(jiān)測(cè)Si基半導(dǎo)體中的載流子遷移和熱擴(kuò)散（可測(cè)量半導(dǎo)體材料的熱導(dǎo)率），采用儀器的點(diǎn)激發(fā)，寬場(chǎng)探測(cè)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(dòng)力學(xué)及邊緣態(tài)動(dòng)力學(xué)研究。采用儀器的寬場(chǎng)激發(fā)，寬場(chǎng)探測(cè)模式
催化材料中的熱載流子分布和“熱點(diǎn)”
 
局部熱電子密度高、壽命長(zhǎng)，可能具有更高的催化活性。采用儀器的寬場(chǎng)激發(fā)，寬場(chǎng)探測(cè)模式。
新型二維材料中的邊緣物理態(tài)研究

二維WS2中激子分布情況，激子壽命研究?？梢钥吹?，多層的邊緣具有更高激子密度和更長(zhǎng)激子壽命
 
 
 
鐵鈦礦量子點(diǎn)樣品超快寬場(chǎng)激發(fā)成像
 
鐵鈦礦量子點(diǎn)材料，可得到載流子瞬態(tài)濃度和載流子壽命空間分布情況。

技術(shù)參數(shù)
 

系統(tǒng)參數(shù)

指標(biāo)

光源

飛秒激光器，OPA 光參量放大器，激光波長(zhǎng)可調(diào)

時(shí)間分辨率

約1.5 倍激光脈寬，根據(jù)要求選擇激光器

時(shí)間延遲線

0-4 ns，40fs 分辨率

探測(cè)波長(zhǎng)范圍

470-1000 nm

空間分辨率

500 nm

系統(tǒng)靈敏度

小于0.2m ΔOD

顯微模塊

倒置顯微鏡，上方為開方空間，可兼容低溫、探針臺(tái)、電學(xué)調(diào)控、磁場(chǎng)等特殊實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景

LED 照明成像模塊

支持自動(dòng)切換，方便觀察樣品

成像速度

根據(jù)成像尺寸，成像幀率40-1000 Hz 連續(xù)可調(diào)

測(cè)量模式

顯微瞬態(tài)吸收、點(diǎn)泵浦- 寬場(chǎng)探測(cè)、寬場(chǎng)激發(fā)寬場(chǎng)探測(cè)

數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析軟件

支持采集瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)預(yù)覽，時(shí)間延遲線自動(dòng)掃描，支持設(shè)置相機(jī)參數(shù)支持獲取多種成像數(shù)據(jù)

工作環(huán)境要求

環(huán)境溫度：20-25℃之間，溫度波動(dòng)±1℃，環(huán)境濕度：＜ 50%，動(dòng)力需求：220V/1kW，阻尼隔振平臺(tái)隔離環(huán)境振動(dòng)
 
相關(guān)文章成果：
J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 34, 18912–18919                  J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 13928
為了方便用戶參考研究前沿，如下列出一些國(guó)際上利用瞬態(tài)吸收成像方法的研究案例。這些數(shù)據(jù)并非用該型號(hào)儀器獲得，但是卓立Omni-TAM900儀器可實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用場(chǎng)景中的絕大多數(shù)功能。如有特殊需求，歡迎與卓立漢光聯(lián)系。
 
參考文獻(xiàn)：

Science 2017, 356, 59
J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 2, 1273–1284
Nat. Mater. 2020, 19, 617
Science 2021, 371, 371
Science 2022, 377, 437
Nat. Mater. 2020 , 9, 56