THZ泵浦探测光谱成像系统

1.多模态融合:光学、THz、光谱、时间四维数据联合分析
2.高灵活性:双OPA+SLM 支持复杂激发场设计
3.高灵敏度:平衡探测+锁相技术,适合弱信号检测
4.高速成像:THz相机避免机械扫描,提升效率
5.可扩展性强:可集成低温(液氦)、磁场、压力舱等极端环境

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THZ泵浦探测光谱成像系统手册

简介

谱芯光子(杭州)科技有限公司是一家聚焦于光谱与成像探测的自主研发生产企业,其核心团队具有十余年的技术背景,具备从光源-飞秒OPA、THz,到光路集成,再到成像、光谱探测的全光路技术能力,并具备光谱仪、相机、定制光谱系统的独立研发生产能力。
谱芯光子可为本项目提供高度集成、一站式交付的“太赫兹泵浦探测超快成像光谱系统”整体定制解决方案。系统以高稳定性飞秒光纤激光器为核心,集成双路可调谐光学参量放大器(OPA),分别用于泵浦与探测光的独立波长调控,覆盖可见光至中红外波段(500-3000 nm),满足多材料体系的激发需求。

核心优势

·系统集成度极高:光学显微、光谱成像、THz-TDS、THz成像、SLM调控等模块深度集成,无需用户二次开发;
·定制化能力强:可根据具体研究需求调整光路、探测模式与软件功能;本地化服务完善:自主研发能力、驻场安装、定制培训,响应时间 <48 小时;

核心技术参数

参数类别	技术指标
时间分辨率	< 80fs（基于飞秒激光与精密延迟线）
空间分辨率	光学成像：≤1 μm THz成像：≤100 μm（OAP聚焦）
光谱范围	探测光：900–1700 nm（近红外）泵浦光：500–3000 nm（可见–中红外） THz波段：0.1–20 THz
光谱分辨率	近红外光谱仪：≤5 nm THz-TDS：~0.1 THz（FFT分辨率）
动态范围	THz-TDS：> 85 dB（N₂吹扫环境）
THz成像能力	实时成像，320×240像素，帧率 ≥30 fps
延迟扫描范围	0 – 2000 ps，步进精度 <1 fs（等效）
激发场调控	支持涡旋光、贝塞尔光、多焦点、振幅/相位调制
低温磁场	可耦合低温恒温器（4K）、超导磁体（9T）等扩展附件
系统稳定性	主动稳频技术，长期功率波动 < ±0.5%
控制方式	PC + FPGA/NI DAQ，支持LabVIEW/Python API
软件平台	自研THzVision控制软件，支持GUI操作、脚本控制、数据融合分析

核心设备清单与功能详解

设备名称	功能作用	技术意义
双路光学参量放大器（Dual OPA）	提供可调谐、超短脉冲的泵浦光与探测光	实现宽波段激发（如可见到中红外），支持多波长泵浦-探测实验，是系统“灵活性”和“可扩展性”的关键
空间光调制器（SLM, Spatial Light Modulator）	对泵浦光的相位、振幅、偏振进行编程调控	实现“激发场工程”，如生成涡旋光、贝塞尔光束、多焦点等，用于研究特定对称性或局域激发效应
斩波器（Chopper）	周期性调制泵浦光强度，产生参考频率信号	为锁相放大器提供同步参考，实现微弱信号的高信噪比检测（典型频率：几百Hz~kHz）
太赫兹非线性晶体（如ZnTe, GaP, DAST等）	利用光学整流（OR）或电光采样（EO Sampling）产生/探测THz脉冲	是THz波产生的核心元件，决定THz带宽与转换效率
光学显微成像模块（含CMOS相机）	提供样品的高分辨率可见光图像，用于微区定位与结构观察	实现光学图像与THz图像的空间配准，辅助精确聚焦与区域选择
近红外光栅光谱成像仪	获取探测光的频谱信息，支持瞬态吸收/反射谱测量	实现光谱分辨的泵浦-探测（即宽带探测），可分析载流子分布、激子跃迁等
高灵敏CMOS相机	捕捉弱光信号，用于荧光、散射或非线性成像辅助	支持多模态对比（如PL成像 vs THz电导成像）
光纤光谱仪	实时监测激发光或探测光的光谱稳定性	用于系统校准与长期运行监控
平衡光电探测器（Balanced Photodetector）	差分检测探测光路中的微小变化，抑制共模噪声	显著提升信噪比，适用于微弱吸收/折射率变化检测
太赫兹功率计	测量THz脉冲的平均功率或能量	监控THz源稳定性，确保数据可重复性
太赫兹相机（如microbolometer array或EO采样成像系统）	实现THz波的实时二维成像，无需逐点扫描	极大提升成像速度，适用于动态过程观测（如热扩散、载流子扩散）

典型应用场景

应用方向	可实现的研究
新型量子材料	超快载流子动力学、拓扑表面态演化、莫尔激子寿命测量
低维材料（石墨烯、TMDCs）	载流子冷却、谷极化、层间电荷转移
钙钛矿光伏材料	电荷分离效率、缺陷态捕获、离子迁移过程
生物医学成像	无标记组织病理分析、DNA/蛋白质指纹识别、肿瘤边界检测
工业无损检测	涂层厚度测量、复合材料分层、半导体封装缺陷检测

ꄴ前一个：无

ꄲ后一个：中波红外光谱探测系统

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