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Omni-TAM900寬場飛秒瞬態(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飛秒瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成像和動力學于一體，聯(lián)合飛秒泵浦-探測技術(shù)和顯微技術(shù)，通過自主知識產(chǎn)權(quán)的干涉放大技術(shù)增強圖像信噪比，可獲得高質(zhì)量的成像效果并大幅度縮短測試時間。
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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飛秒瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成像和超快動力學于一體，聯(lián)合飛秒泵浦-探測技術(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試時間。

Omni-TAM900飛秒寬場瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)同時支持多個測量模式，具有完善的自動化數(shù)據(jù)采集和處理軟件，用于半導體載流子遷移擴散、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、超導材料、新型半導體、納米催化、生物傳感等納米和飛秒時空尺度的超快物理、化學及生物過程監(jiān)測。

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

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

其中 為未經(jīng)過樣品探測光強， 為經(jīng)過樣品探測光強。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 吸收信號的測量需要考慮熒光和基態(tài)漂白的影響并予以扣除。

泵浦- 探測技術(shù)測量信號類型

寬場瞬態(tài)吸收成像

基于泵浦探測（Pump-Probe）原 理的瞬態(tài)吸收光譜，在光譜維度和超快時間尺度上提供了豐富的光譜和動力學信息，過去幾十年廣泛應(yīng)用于物理、化學、材料、能源、生物等廣泛領(lǐng)域。當今，許多領(lǐng)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(lǐng)域的發(fā)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(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)拡龀上駥崿F(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空演化、闡釋微觀機制的重要工具。瞬態(tài)吸收成像，一般有兩種實現(xiàn)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(zhì)量更加細膩的特點。
點掃描瞬態(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飛秒瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成像和動力學于一體，具有多種測量模式，包括顯微瞬態(tài)吸收模式，點泵浦-寬場探測，寬場激發(fā)寬場探測模式。顯微瞬態(tài)吸收獲取微區(qū)的瞬態(tài)吸收信號；點泵浦-寬場探測獲取載流子在探測區(qū)域的擴散情況；寬場激發(fā)寬場探測模式實現(xiàn)載流子濃度分布的超快成像。以上多種測量模式彼此 切換，實現(xiàn)對光電材料與器件的多種模式測量。
 
軟件

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集軟件具有模塊化設(shè)計和友好的戶用界面，支持時間延遲線自動掃描，支持設(shè)置相機參數(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)。支持數(shù)據(jù)可視化和對成像數(shù)據(jù)進行選區(qū)以及像素點平均。支持數(shù)據(jù)導入導出，支持多種數(shù)據(jù)擬合。軟件可進行同步數(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、動力學等信息均可以通過軟件得到。

系統(tǒng)實測數(shù)據(jù)

Omni-TAM900寬場飛秒瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)是測量載流子時空演化的強大工具，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(jiān)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(fā)，寬場探測模式。
半導體中的載流子遷移和熱擴散
 
同時監(jiān)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(fā)，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(tài)動力學研究。采用儀器的寬場激發(fā)，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(fā)，寬場探測模式。
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。可以看到，多層的邊緣具有更高激子密度和更長激子壽命
 
 
 
鐵鈦礦量子點樣品超快寬場激發(fā)成像
 
鐵鈦礦量子點材料，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

光源

飛秒激光器，OPA 光參量放大器，激光波長可調(diào)

時間分辨率

約1.5 倍激光脈寬，根據(jù)要求選擇激光器

時間延遲線

0-4 ns，40fs 分辨率

探測波長范圍

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、電學調(diào)控、磁場等特殊實驗場景

LED 照明成像模塊

支持自動切換，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)

測量模式

顯微瞬態(tài)吸收、點泵浦- 寬場探測、寬場激發(fā)寬場探測

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，時間延遲線自動掃描，支持設(shè)置相機參數(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±1℃，環(huán)境濕度：＜ 50%，動力需求：220V/1kW，阻尼隔振平臺隔離環(huán)境振動
 
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)并非用該型號儀器獲得，但是卓立Omni-TAM900儀器可實現(xiàn)這些應(yīng)用場景中的絕大多數(shù)功能。如有特殊需求，歡迎與卓立漢光聯(lián)系。
 
參考文獻：

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