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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
背景介紹—瞬態(tài)吸收光譜和瞬態(tài)吸收成像的應(yīng)用
基于泵浦探測(cè)（Pump-Probe）原理的瞬態(tài)吸收光譜，在頻率維度和時(shí)間維度上提供了豐富的光譜和動(dòng)力學(xué)信息，過去的幾十年應(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)吸收成像，可在空間和時(shí)間維度上研究微觀粒子和能量的運(yùn)動(dòng)和演化，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)。

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。
儀器基本功能和性能：儀器具有點(diǎn)泵浦-寬場(chǎng)探測(cè)，和寬場(chǎng)泵浦-寬場(chǎng)探測(cè)兩種工作模式。分點(diǎn)泵浦模式可用于測(cè)量載流子遷移和熱導(dǎo)率等；寬場(chǎng)泵浦模式可用于測(cè)量載流子分布和物理態(tài)的空間異質(zhì)性等。
 
儀器特點(diǎn)和創(chuàng)新
高靈敏、高通量，可測(cè)量到單個(gè)納米顆粒、單層石墨烯乃至單層分子晶體的瞬態(tài)吸收信號(hào)。
儀器原理和實(shí)現(xiàn)方式

Omni-TAM900寬場(chǎng)飛秒瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)原理如下圖所示，經(jīng)過飛秒激光器和光學(xué)參量放大器（OPA）之后出來的飛秒激光，通過顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)入，并作為泵浦光源激發(fā)樣品，而另一束經(jīng)過空間調(diào)制的探測(cè)光在一定的時(shí)間延遲之后也經(jīng)過顯微系統(tǒng)到達(dá)樣品，樣品在激發(fā)態(tài)對(duì)探測(cè)光產(chǎn)生的吸收情況會(huì)被顯微鏡上的sCMOS 相機(jī)記錄下來。通過調(diào)節(jié)光學(xué)延遲線（Optical Delay Line），得到樣品在不同延遲時(shí)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(diǎn)泵浦，寬場(chǎng)探測(cè)）和寬場(chǎng)泵浦光模式（寬場(chǎng)泵浦、寬場(chǎng)探測(cè)），前者主要用于研究載流子的遷移，后者用于檢測(cè)載流子的空間分布狀況。

軟件

軟件可進(jìn)行同步采集，自動(dòng)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(dòng)力學(xué)等信息均可以通過軟件得到。

應(yīng)用方向及實(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
 
技術(shù)參數(shù)
 

光源

飛秒激光 +OPA，激光波長(zhǎng)范圍取決于應(yīng)用場(chǎng)景

檢測(cè)器

sCMOS

成像空間分辨率

500 nm

載流子遷移定位精度

30nm

時(shí)間分辨率

500 fs (100 fs 激光脈沖條件下）

時(shí)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(tái)、電學(xué)調(diào)控、磁場(chǎng)等特殊實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景。

測(cè)量模式

點(diǎn)泵浦 + 寬場(chǎng)探測(cè)（載流子遷移）

寬場(chǎng)泵浦 + 寬場(chǎng)探測(cè)（載流子分布）

儀器工作模式

反射 / 散射
已發(fā)表文獻(xiàn)：
J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 13928**：202110510123.X（以上展示的所有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)均為本型號(hào)儀器測(cè)得，并已公開發(fā)表，更多細(xì)節(jié)請(qǐng)查閱以上文獻(xiàn)）。

更多參考文獻(xiàn)：
（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。）
Science 2017, 356, 59 (鈣鈦礦超長(zhǎng)熱載流子)
Nat. Mater. 2020, 19, 617 （轉(zhuǎn)角二維量子異質(zhì)結(jié)）
Science 2021, 371, 371 （超導(dǎo)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)