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Spectroscopie pompe-sonde

Produits connexes: UHF-BOX, UHFLI, HF2LI, MFLI

Description de l'application

diagram of a pump-probe spectroscopy setup using the Zurich Instruments UHFBOX Boxcar Averager

Les techniques pompe-sonde sont utilisées pour mesurer des phénomènes ultra-rapides grâce à des impulsions laser ultra-brèves. Lorsque l'impulsion de la pompe frappe l'échantillon, divers phénomènes physiques peuvent être induits, tels qu'une excitation électronique. Après un certain délai, réglable depuis une ligne à retard optique par exemple, une impulsion de sonde frappe à son tour l'échantillon : sa transmission et/ou sa réflexion est alors mesurée. En contrôlant le signal de la sonde en fonction du délai, il est possible d'obtenir des informations sur la dynamique de décroissance de l'excitation générée.

La résolution temporelle des mesures pompe-sonde est régie par la durée des impulsions laser et non par la bande-passante des photodétecteurs ou de l'électronique d'acquisition du signal, ce qui est un élément clé de ces techniques. De nombreuses domaines d'étude des phénomènes ultra-rapides sont basées sur les techniques pompe-sonde, comme la spectroscopie terahertz et Raman.

Stratégies de mesure

Les taux de répétition des lasers impulsionels se situent généralement entre quelques kHz et des centaines de MHz. Etant donné que le rapport signal sur bruit (SNR) de chaque impulsion séparée est souvent très faible, il est nécessaire d'utiliser une électronique de détection sensible et un calcul de moyenne élevé. Voici deux approches courantes dans ce domaine:

  • Il est possible d'utiliser des photodétecteurs rapides en combinaison avec un moyennage boxcar. Ceci permet de capturer le signal sur un cycle de fonctionnement court, et donc de s'affranchir du bruit lorsque le signal n'est pas présent. Cette méthode offre le meilleur SNR mais est aussi la plus exigeante pour l'électronique.
  • On peut ajuster la largeur de bande du photodétecteur de manière à ce que le signal résultant couvre toute la période et soit proche d'une sinusoïde. Cette technique peut s'appuyer sur une détection synchrone pour la mesure du signal, qui est facile à mettre en place et fournit un SNR suffisant, car toutes les composantes de bruit non synchrones sont efficacement rejetées.

Pourquoi choisir Zurich Instruments

  • Avec Zurich Instruments, vous pouvez poursuivre les deux stratégies de mesure ci-dessus. En fait, les deux peuvent fonctionner simultanément sur l'UHFLI et peuvent donc être ainsi comparées directement. Pour des taux de répétition plus faibles et des expériences à moindre coût, le HF2LI ou le MFLI sont des alternatives intéressantes (deuxième approche).
  • L'UHF-BOX est le seul boxcar basé sur une mesure synchrone. Il est ainsi possible to rejetter toutes les sources de bruit non synchronisées avec vos lasers.
  • L'UHF-BOX fait l'acquisition des données sans temps morts, ce qui minimise le temps total de mesure.
  • Avec l'analyseur de forme d'onde périodique (PWA), une vue hautement moyennée de votre signal de base vous permet de définir facilement les fenêtres d'intégration pour le boxcar.
  • Si votre configuration vous permet 'd'occulter' une impulsion de pompe sur deux, la fonctionnalité de soustraction du bruit de fond permet de s'affranchir du bruit lié à la pompe et des offsets de courant continu à l'entrée.

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Publications

Kolarczik, M. et al.

Sideband pump-probe technique resolves nonlinear modulation response of PbS/CdS quantum dots on a silicon nitride waveguide

APL Photonics 3, 016101 (2018)

Gilburd, L., Xu, X.G., Bando, Y., Golberg, D. & Walker, G.C.

Near-field infrared pump–probe imaging of surface phonon coupling in boron nitride nanotubes

J. Phys. Chem. Lett. 7, 289–294 (2016)

Lo, S.S., Shi, H.Y., Huang, L. & Hartland, G.V.

Imaging the extent of plasmon excitation in Au nanowires using pump-probe microscopy

Opt. Lett. 38, 1265-1267 (2013)

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