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Omni-TAM900寬場飛秒瞬態吸收成像系統

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吸收成像系統。該系統集成像和動力學于一體，聯合飛秒泵浦-探測技術和顯微技術，通過自主知識產權的干涉放大技術增強圖像信噪比，可獲得高質量的成像效果并大幅度縮短測試時間。
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產品概述

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吸收成像系統。該系統集成像和超快動力學于一體，聯合飛秒泵浦-探測技術和顯微技術，可獲得高質量的成像效果并大幅度縮短測試時間。

Omni-TAM900飛秒寬場瞬態吸收成像系統同時支持多個測量模式，具有完善的自動化數據采集和處理軟件，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、化學及生物過程監測。

泵浦探測技術
光電材料的外光電效應主要發生在飛秒時間尺度，隨之而來的缺陷捕獲、載流子復合擴散主要發生在皮秒、納秒尺度。飛秒泵浦探測技術是一種廣泛使用技術，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，得到光激發樣品后載流子瞬態吸收信號，用于追蹤半導體或分子材料中激發態的動力學過程。

泵浦- 探測技術示意圖
 
將一束寬譜光作為探測光，另一束單色光作為激發光，并利用光學斬波對激發光進行開關調制，總的瞬態吸收信號的變化表示為：

其中 為未經過樣品探測光強， 為經過樣品探測光強。根據光與物質相互作用，光激發后，材料內部的電子發生電偶極躍遷，瞬態信號變化（ΔA）來自于基態漂白(GSB，ΔA<0)、激發態吸收（ESA，ΔA>0）以及受激輻射（S，ΔA<0）三種，瞬態0 0 吸收信號的測量需要考慮熒光和基態漂白的影響并予以扣除。

泵浦- 探測技術測量信號類型

寬場瞬態吸收成像

基于泵浦探測（Pump-Probe）原 理的瞬態吸收光譜，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，過去幾十年廣泛應用于物理、化學、材料、能源、生物等廣泛領域。當今，許多領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、高溫超導等前沿領域的發展，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律，研究微納米材料的物理態在空間分布上的異質性。
瞬態吸收顯微鏡通過空間掃描或寬場成像實現光激發材料中載流子的瞬態成像，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。瞬態吸收成像，一般有兩種實現方式，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，成像質量更加細膩的特點。
點掃描瞬態吸收成像
  
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吸收成像系統。該系統集成像和動力學于一體，具有多種測量模式，包括顯微瞬態吸收模式，點泵浦-寬場探測，寬場激發寬場探測模式。顯微瞬態吸收獲取微區的瞬態吸收信號；點泵浦-寬場探測獲取載流子在探測區域的擴散情況；寬場激發寬場探測模式實現載流子濃度分布的超快成像。以上多種測量模式彼此 切換，實現對光電材料與器件的多種模式測量。
 
軟件

系統的數據采集軟件具有模塊化設計和友好的戶用界面，支持時間延遲線自動掃描，支持設置相機參數。支持獲取多種成像數據，包括瞬態數據和穩態數據。支持數據可視化和對成像數據進行選區以及像素點平均。支持數據導入導出，支持多種數據擬合。軟件可進行同步數據采集和數據擬合，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。

系統實測數據

Omni-TAM900寬場飛秒瞬態吸收成像系統是測量載流子時空演化的強大工具，可廣泛應用于物理、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，寬場探測模式。
半導體中的載流子遷移和熱擴散
 
同時監測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，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動力學研究。采用儀器的寬場激發，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，寬場探測模式。
新型二維材料中的邊緣物理態研究

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成像
 
鐵鈦礦量子點材料，可得到載流子瞬態濃度和載流子壽命空間分布情況。

技術參數
 

系統參數

指標

光源

飛秒激光器，OPA 光參量放大器，激光波長可調

時間分辨率

約1.5 倍激光脈寬，根據要求選擇激光器

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

根據成像尺寸，成像幀率40-1000 Hz 連續可調

測量模式

顯微瞬態吸收、點泵浦- 寬場探測、寬場激發寬場探測

數據采集、數據分析軟件

支持采集瞬態穩態數據預覽，時間延遲線自動掃描，支持設置相機參數支持獲取多種成像數據

工作環境要求

環境溫度：20-25℃之間，溫度波動±1℃，環境濕度：＜ 50%，動力需求：220V/1kW，阻尼隔振平臺隔離環境振動
 
相關文章成果：
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吸收成像方法的研究案例。這些數據并非用該型號儀器獲得，但是卓立Omni-TAM900儀器可實現這些應用場景中的絕大多數功能。如有特殊需求，歡迎與卓立漢光聯系。
 
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