本研究由ETH（瑞士K2 Photonics从中孵化）、美国Onto Innovation Inc.共同完成，对半导体薄膜厚度测量的新技术具有参考意义。完整英文文章请参考文后下载链接。（Photoacoustics 29 (2023) 100439）

相关产品：K2-ASOPS 异步光学采样系统、Echo™系统、Yb:CaF₂（镱掺杂氟化钙）增益晶体

本文作者：J. Pupeikis, W. Hu, B. Willenberg, M. Mehendale, G.A. Antonelli, C.R. Phillips, U. Keller

• 作者单位 a：ETH Zurich（瑞士苏黎世联邦理工学院），主要作者隶属于 U. Keller 的超快激光物理课题组；

• 作者单位 b：Onto Innovation Inc.（美国安拓思创新公司，半导体计量设备企业）。

超快泵浦‑探测测量可用于表征生物细胞、块体材料以及薄膜结构等各类样品。但传统泵浦‑探测装置要么测量速度慢，要么结构复杂、成本高昂，限制了该技术广泛应用。本文将单腔双光梳激光器与简易实验装置结合，实现泵浦‑探测测量，兼具超高灵敏度、快速采集，在12.5 ns长光学延迟扫描范围下具备高时间精度；该延迟等效于机械延迟线约3.75 m的物理光程。本文采用数字信号平衡技术，实现散粒噪声极限探测，可适配泵浦‑探测显微系统。本文完成面向薄膜样品表征的超快光声学实验，在散粒噪声极限探测条件下测得钨薄膜厚度为（700±4）Å。该类单腔双光梳激光器适用于各类泵浦‑探测测量，尤其适合超快光声学研究，可用于超声回波、布里渊振荡、表面声波与热动力学相关实验。

超快光声学技术想要走向实际应用，需要结构简单、体积小巧且性能优异的测量系统。本文展示了一套极具实用价值的方案，利用单腔双光梳激光器实现大延迟范围下的高效泵浦‑探测采样。该单腔激光器可作为一套完整的等效时间采样系统（ETS，也被称作 ASOPS 异步光学采样系统），具备更高的时间精度与极低的强度噪声，可用于搭建高性能泵浦‑探测测量装置。

在当前这套实验系统中，（重复频率差）与（泵浦光重复频率）由两台相互独立的设备分别测量。后续研究中，我们计划采用同一参考时钟对这两个参数进行测量，使得比值不再受时钟本身精度的影响。

本文分析了等效时间采样（ETS）测量中的各类噪声来源，并提出一套高性能测量方案：即便光电探测器接收到很高的平均光功率，依然可以实现散粒噪声极限的测量。除此之外，本文实现了数字信号平衡技术。该技术支持逐像素单轨迹快速信号采集，而这种采集模式正是高性能泵浦‑探测显微系统所必需的。

最后，我们对钨薄膜开展皮秒超声实验，精准测得薄膜厚度为（700±4）Å；该结果与 Onto Innovation Inc. 公司 Echo™ 商用系统的独立表征结果高度吻合。

文章链接：Efficient pump-probe sampling with a single-cavity dual-comb laser Application in ultrafast photoacoustics