在傳統(tǒng)的TDTR中羹应，泵浦光束和探測光束是兩個(gè)同步脈沖序列揽碘，并且測量數(shù)據(jù)作為延遲時(shí)間的函數(shù)被記錄在時(shí)域中。這種方法被稱為同
步采樣园匹，數(shù)據(jù)采集的速度通常受到延遲階段的行進(jìn)速度以及系統(tǒng)在每個(gè)新的延遲時(shí)間內(nèi)達(dá)到平衡狀態(tài)所需時(shí)間的限制(通常需要1 s來采
集一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn))雳刺。異步光學(xué)采樣(ASOPS)可以實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)采集，它使用兩種不同的鎖模激光器裸违，脈沖重復(fù)率略有不同掖桦。這自動(dòng)提供
了兩個(gè)脈沖之間的時(shí)變延遲。
圖1(a)說明了ASOPS中信號(hào)檢測的原理供汛。頂部所示的曲線表示響應(yīng)泵輸入的樣品表面溫度枪汪，其重復(fù)率為fpump涌穆，周期為1/fpump。由
點(diǎn)表示的每個(gè)連續(xù)探測脈沖相對(duì)于泵脈沖延遲時(shí)間δt =δf/(fpump-fprobe)雀久，其中δf = fpump–fprobe宿稀，也稱為拍頻。在信號(hào)的一個(gè)
完整周期內(nèi)采樣的總點(diǎn)數(shù)為N = f probe/δf赖捌。更重要的是原叮，這個(gè)采樣過程在t = 1/δf的周期內(nèi)自動(dòng)重復(fù)。因此巡蘸，ASOPS技術(shù)是電子示
波器的光學(xué)模擬奋隶。例如，給定fpump= 80 MHz和頻率偏移δf = 1 KHz悦荒，ASOPS將實(shí)現(xiàn)δt = 0.16 ps的延遲時(shí)間增量唯欣，完成一次全周
期掃描的測量時(shí)間僅為1 ms，這意味著ASOPS儀器可以在1 s內(nèi)獲得1000次采集搬味。這種快速數(shù)據(jù)采集允許ASOPS對(duì)多次重復(fù)測量進(jìn)行
平均境氢，將檢測噪聲顯著降低到非常低的水平。請(qǐng)注意碰纬，ASOPS最終實(shí)現(xiàn)的時(shí)間分辨率不僅取決于延遲時(shí)間增量萍聊，還取決于脈沖持續(xù)時(shí)
間和檢測帶寬。然而悦析，1 ps的時(shí)間分辨率對(duì)于TDTR實(shí)驗(yàn)來說已經(jīng)足夠了寿桨，而據(jù)報(bào)道，對(duì)于ASOPS技術(shù)來說强戴，時(shí)間分辨率小到50 fs亭螟。
圖1. (a)ASOPS中的信號(hào)檢測機(jī)制(b)一個(gè)基于ASOPS的TDTR系統(tǒng)示意圖
與傳統(tǒng)的基于機(jī)械延遲的泵-探針系統(tǒng)相比，ASOPS顯然具有許多優(yōu)勢(shì):(1) ASOPS能夠?qū)崿F(xiàn)更快的數(shù)據(jù)采集骑歹。因此预烙，通過對(duì)短時(shí)間內(nèi)采
集的大量數(shù)據(jù)求平均值，可以顯著降低噪聲水平道媚。(2) ASOPS消除了由于光束指向不穩(wěn)定和光斑尺寸變化引起的機(jī)械延遲階段和相關(guān)的
系統(tǒng)誤差扁掸。(3) ASOPS可以訪問整個(gè)延遲范圍，而在傳統(tǒng)的泵探針計(jì)量中最域，延遲時(shí)間受到延遲階段長度的限制谴分。誠然，ASOPS的所有
優(yōu)勢(shì)都是以需要兩個(gè)超快激光器而不是一個(gè)為代價(jià)的羡宙。
ASOPS通常不需要對(duì)泵浦光束進(jìn)行幅度調(diào)制來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集狸剃，而傳統(tǒng)的泵浦探測系統(tǒng)通常需要對(duì)泵浦光束進(jìn)行調(diào)制來進(jìn)行鎖定檢測掐隐。
然而狗热，在不調(diào)制泵浦光束的情況下钞馁，在典型的ASOPS實(shí)驗(yàn)中獲得的信號(hào)僅由激光重復(fù)頻率倍數(shù)的頻率響應(yīng)組成(例如，frep匿刮、2frep
等)僧凰。但缺少調(diào)制頻率的頻率分量(例如，fmod熟丸、fmod+frep训措、fmod+2frep等)。由于激光重復(fù)頻率通常是一個(gè)固定值光羞，并且遠(yuǎn)大于調(diào)
制頻率frep? fmod绩鸣，因此如果沒有調(diào)制，ASOPS在熱測量中的功能將受到極大的損害纱兑。為了克服這個(gè)問題呀闻，迪爾海爾提出了一種高通
量時(shí)域熱反射(HT-TDTR)技術(shù)，該技術(shù)將ASOPS與泵浦光束的高頻調(diào)制相結(jié)合潜慎，能夠快速準(zhǔn)確地測量熱特性捡多。圖1(b)顯示了基于
ASOPS的TDTR系統(tǒng)的示意圖。在這個(gè)系統(tǒng)中铐炫，泵浦光束被EOM調(diào)制到頻率ω0 = 2πfmod垒手。光電二極管檢測器探測到的信號(hào)可以表示
為
鎖相放大器同相和異相輸出的表達(dá)式為
這里，ωs = 2πfpump倒信，δω= 2ωδf科贬，t0表示等效延遲時(shí)間。與傳統(tǒng)TDTR方程中的信號(hào)相比鳖悠，唯一的區(qū)別在于指數(shù)項(xiàng)唆迁，用ASOPS-
TDTR中的δωt0代替了傳統(tǒng)TDTR中的ωst’d。因此竞穷，ASOPS-TDTR中鎖定放大器的輸出信號(hào)隨周期1/δf而時(shí)變唐责。ASOPS-TDTR中檢
測到的信號(hào)不像傳統(tǒng)TDTR中的信號(hào)那樣是純正弦信號(hào)，而是以調(diào)制頻率為中心瘾带，在頻域中具有δf的邊帶鼠哥。通常需要δf = 1 Hz的小拍
頻，以便可以為鎖定放大器選擇30 μs的時(shí)間常數(shù)看政，以避免信號(hào)混疊朴恳。然后用示波器記錄作為掃描時(shí)間或?qū)嶒?yàn)室時(shí)間t的函數(shù)的信號(hào)。由
于示波器記錄的時(shí)間與等效延遲時(shí)間t’d相比已經(jīng)被拉伸了因子fpump/δf[見圖1(a)]允蚣，因此需要校正記錄的時(shí)間于颖，以便將記錄的信號(hào)
與模型預(yù)測進(jìn)行比較。ASOPS-TDTR和傳統(tǒng)的TDTR應(yīng)該產(chǎn)生與延遲時(shí)間完全相同的信號(hào)嚷兔，只是數(shù)據(jù)采集方式不同森渐。這種ASOPS-
TDTR技術(shù)的數(shù)據(jù)采集速度快了10倍做入，并且沒有與移動(dòng)延遲階段相關(guān)的偽影，已經(jīng)成功地應(yīng)用于多項(xiàng)研究同衣，例如鐵硅鍺薄膜合金的高速
熱導(dǎo)率繪圖竟块。盡管如此，純ASOPS系統(tǒng)沒有泵浦調(diào)制也被用來測量不同厚度(15-50 nm)的硅鍺超晶格的熱導(dǎo)率耐齐。
ASOPS的另一個(gè)重要特性是探測速率可以比泵浦速率慢很多倍浪秘，fpump = nf probe+δf，其中n是整數(shù)埠况。這使得能夠以慢得多的采集
速率對(duì)超快現(xiàn)象進(jìn)行采樣耸携。例如，Pradere等人使用這種技術(shù)辕翰，使用紅外相機(jī)以僅25 Hz的采集速率對(duì)30 KHz的熱波進(jìn)行采樣违帆。
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