5.1 晶体中的能量传递和双温模型

双温度模型起源于人们对于欧姆定律的研究，在 1907 年 J. J. Thomson 的The Corpuscular Theory of Matter1 中首次提出了在强场情况下欧姆定律失效的问题。

在这个模型中，金属里电子是作为自由的载流子起到传递电流的作用，而金属中的原子 (晶格系统) 作为固定不动的障碍对电子起到阻碍作用，当电子碰撞到原子以后，它的状态将

被归零。

当金属晶体中，电子行为类似于气体模型，被称为电子气体，电子气体以非常快的速度

在晶体中作无规则热运动，不断和原子碰撞，两次碰撞之间的电子走过的平均距离称为自由

程，平均时间间隔用 t 来表示。

在外加电场以后，电子在外加电场的作用下做定向运动，在外场下做定向运动的平均速

度为：

12

e tmEv = (5.1)

金属中电流密度的表达式为：

nej = v (5.2)

其中 n 表示电子密度，e 表示单位电荷量，v 表示电子的速度。

当外加电场比较小的时候，热运动的速度是远大于定向运动的平均速度的，这时候 t 被认为是一个常数，电流可以表示为：

21

2n e t

mσ= =

Ej E . (5.3)

这就是我们熟悉的欧姆定律。

但是当外电流特别大的时候，t 不能当作一个常数来对待，这时候欧姆定律就不再是线

性关系了。Thomson 预言在 109A/cm2 的时候 I∝ √𝑬𝑬

1921 年，P. W. Bridgeman2 在实验中测量在金样品中，当电流密度达到106 𝐴𝐴 𝑐𝑐𝑐𝑐2⁄ 时，

欧姆定律不再成线性关系。

1953 年，E. S. Borovik 在金属铋中观测到当电流密度达到105𝐴𝐴/𝑐𝑐𝑐𝑐2时，金属中电子的

平均能量和按照晶格温度 T 计算出的电子能量相差非常大，V. L. Ginzburg 等人提出在大电

流时，金属中存在着电子和晶格两个非平衡的亚体系，并从近代固体物理中的费米统计和声

子概念出发计算了当晶体温度高于德拜温度的时候电子体系和晶格体系能量传递的情况。

1957 年，M. I. Kaganov3 等人计算了任意条件下电子气体和晶格之间能量交换的规律

1

0 02 2 5 4 4

03 7 4 0 0

0 0

( )2 {( ) ( ) }2 1 1

e l

T Te lT T

x x

m U kT T Tx dx x dxUs T e T eπ ρ

= × −− −∫ ∫（ ）

(5.4)

其中 ρ表示金属的密度，m 是电子的质量，s 是金属中的声速，U 是一个从电子平均自由程

中借来的常数。

当电子温度远高于晶格温度，且两者都远高于德拜温度时，(5.4)可以简化为：

(T T )e lU G= − (5.5)

即单位体积单位时间内两个体系能量交换与体系之间温度差成正比。

1974 年，S. I. Anisimov 等人将这一结果应用在皮秒激光与金属相互作用的过程中，在

研究光致电子光发射/热发射的文章 4 中提出了著名的双温模型(Two Temperature Model; TTM).

2

2

( ) ( ) ( , ),

( )

ee e e e e l

ll l l e l

TC T K T G T T Q tt

TC K T G T Tt

∂= ∇ − − +

∂∂

= ∇ + −∂

r (5.6)

双温模型的基本思路是将晶体中的电子系统和晶格系统看作两个独立的子系统，这种

情况下激光和金属相互作用的过程可以大致描述如下：

1. 光子-电子相互作用( ( , )Q tr )：激光与样品表面的电子相互作用，金属中的表层自由

电子（价电子）首先吸收激光能量，温度急剧上升（可达到几千 K），形成超热电子，

时间尺度为激光脉冲宽度量级;

2. 电子-电子相互作用( 2e eK T∇ )：超热电子向样品内部扩散与其他冷电子相互作用，形

成热电子，使得金属表面的全部自由电子达到热平衡状态。典型金属的趋肤深度通

常<100nm, 费米速度大概为 106m/s，电子气体之间能量交换达到热平衡所需的时间

约为 τ𝑒𝑒 ≈100𝑛𝑛𝑛𝑛106𝑛𝑛/𝑠𝑠

= 100𝑓𝑓𝑓𝑓,时间尺度在百飞秒量级 ;

3. 电子-晶格相互作用( ( )e lG T T− )：通过电子-声子耦合，热电子又将能量传递给晶格

（样品为金属），使晶格温度升高，最终二者达到热平衡状态。典型金属铜的𝐶𝐶𝑙𝑙 ≈

3.4 × 106𝐽𝐽/𝑐𝑐3𝐾𝐾 , 𝐺𝐺 ≈ 1017𝑊𝑊/𝑐𝑐3𝐾𝐾电子和晶格能量交换所需时间约为τ𝑙𝑙 ≈𝐶𝐶𝑙𝑙𝐺𝐺

=

30𝑝𝑝𝑓𝑓，远远小于电子气体达到热平衡所需要的时间，这个时间尺度在我们所要研究

的范围内；

4. 晶格-晶格相互作用( l lK T∇ )：表面的晶格温度升高后将能量向晶格内部传递的过程;

5. 样品-环境相互作用：随后样品与环境交换能量降低温度，回到初始状态。

2

1987 年，P. B. Allen5 证明了双温模型中的常系数 G 可以表示为：

23

e

GkTλ ω

π=

(5.7)

其中的λ⟨𝜔𝜔2⟩是超导 BCS 理论中的声电耦合系数。

随着微电子、微纳加工的迅速发展，电子元件趋向高度集成化和超精细微型化，单位体

积内成倍提高的发热量对金属纳米薄膜的导热性能提出了新的要求。电子-声子耦合系数是

衡量电子与晶格热弛豫速度的关键参数，对了解金属中的微观热传导本质有重要的价值。

而在实验上：

• 1983 年，G. Eesley6 在瞬态热调制光谱(Transient Thermodulation Spectroscopy)的实

验中使用皮秒激光，利用测量反射率的方法首次观察到了电子和晶格温度不平衡的

现象。

• 1984 年，J. Fujimoto7 等人在测量钨金属热致电子发射的实验中观察到电子晶格温

度瞬态不平衡的现象,从实验上证实了双温模型。

• 1987 年，H. E. Elsayed-Ali 等人利用测量透射率的方法观测了铜的声电弛豫过程，

并推算了电子和晶格体系温度差为几千度 8。

• 1990 年，S. D. Brorson9等人利用测量瞬态热反射率测量了 Cu, Au, Cr, Ti, W, Nb, V,

Pb, NbN 和 V3Ga 的声电耦合系数 2λ ω ，并在论文中提出了发射率同晶格/电子

体系温度的经验公式：

e lR a T b T∆ = ∆ + ∆ (5.8)

利用该公式计算出的声电耦合系数同其他实验方法的测量结果相比吻合度非常好，

证明了该方法的实用性。

思考题与课后练习：

1. 激光与样品相互作用后，为什么光子把能量传递给电子而不是晶格？（提示：考虑

二者的比热容、质量等参数） 2. 利用本实验使用的飞秒激光参数，查阅金属薄膜的相关参数，通过双温度模型分别

计算电子温度和晶格温度随深度的变化关系。（提示：选择飞秒激光作用后的不同

时刻） 3. 金是贵金属中的典型，飞秒激光与金相互作用后的动力学过程一般可作为双温度模

型的典型范例。金膜在被 800 纳米飞秒激光照射后，瞬间反射率会升高或降低？ 4. 金属反射率与电子温度和晶格温度有什么关系？其微观机制是什么？（提示：从介

电常数出发，可以参考 10）

3

5.2 泵浦探测技术

实验中，通过 800nm 飞秒激光激发金属样品表面，从 5.1 节我们已经知道这个过程是激

光加热电子，电子达到平衡以后再与晶格耦合的过程，电子-声子耦合导致的能量传递是一

个非常快的过程，大概在皮秒量级。

当运动快到一定程度以后，仅仅凭借常规方法就没有办法探测了，需要开发大量先进的

仪器和方法，扩展人类的认知范围，泵浦探测技术就是为了探测超快的过程而开发出来的技

术。

泵浦探测起源于一个古老的争论，在赛马奔跑的过程中，它的四蹄是否会同时离地？

1878 年，Muybridge11 购买了当时最好的感光胶片，用了当时最快的快门，布置了一排照机，

采用频闪照相技术终于第一次使得人类“看”清楚了马蹄的运动过程。从图片中看出来，虽

然赛马是以约40km/h这样的速度高速奔跑，马的各个部位都清晰可见。普通的 30 帧摄像机

是没有办法做到这一点的，Muybridge 使用了一种叫做逐帧(stop-action)的拍摄技术 。这种

技术需要使用非常高速的机械快门。考虑需要被拍摄的部位马蹄的大小(~10cm)和赛马速度，

快门开关时间大约是在τ𝑠𝑠ℎ𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑒𝑒𝑢𝑢 = 10𝑐𝑐𝑛𝑛40𝑘𝑘𝑛𝑛/ℎ

≅ 10−2𝑓𝑓 = 100𝑐𝑐𝑓𝑓. Muybridge 使用的照相机快门开

关时间约在 1ms11。

有过拍照经验的都知道，拍摄高速运动的物体需要高速的快门，当我们拍摄高速运动的

物体比如赛马跑动的时候，机械快门还足以应付，但是当当我们想要拍摄子弹击碎物体这样

更快速的过程的时候机械快门就不能满足我们的要求了。机械快门的作用其实是产生一个光

脉冲(图 2)，为了拍摄更高速的过程，人们发明了频闪照相技术(stroboscopic photography), 这一技术是在一个黑暗的房间中，利用电子方法控制闪光灯产生超短的光脉冲，利用这一束光

脉冲来拍摄运动的物体，这样即使相机的快门一直保持开启的状态，相机底片的曝光时间依

然非常的短，足以拍摄高速运动的过程。

在原子分子尺度，反应发生的持续时间大多在 ps-fs 量级，这样高速的运动，已经超过

了电子学的脉冲极限，要探测这样的高速过程，需要寻找更快速度的脉冲。目前由于锁模激

光技术的成熟，现在的激光脉冲已经能够到达几个 fs 的量级，30-40fs 的商用激光已经非常

的普及了，利用这样的超短的脉冲，我们就能够探测物质在皮秒到飞秒时间尺度的变化过程。

图 1：Muybridge 拍摄到的运动的马的图像

4

在这里我们介绍利用超短脉冲探测这样的过程的代表技术：泵浦-探测技术(Pump-Probe Technique)。

泵浦-探测技术的基本原理如下：首先，在某一时刻将样品泵浦（通常使用激光脉冲）

到某一激发态，此后在不同的时刻利用探针与样品相互作用并使用探测设备记录下来，这样

即可记录下样品经过激发后的动力学过程。利用不同的泵浦和探测组合，可以进行各种各样

的泵浦探测实验，如：光泵浦-光探测、光泵浦-电子探测、光泵浦-X射线探测、光泵浦-THz

探测、X 射线泵浦-光探测、THz 泵浦-光探测等。这些不同的泵浦和探测的组合虽然可以用

于研究多种多样具有不同特点的问题，但它们的基本原理是一致的。在本实验中，我们将使

用的是基于飞秒光泵浦-光探测的实验方法。

图 3 是泵浦-探测技术的示意图：泵浦脉冲（可以是激光，也可以是 THz 等其他方式）

的主要目的是用于激发样品的某一超快过程，并设定时间零点 t0。探测脉冲（可以使用激光，

也可以使用电子或 X 射线等其他方式）则在相对于时间零点 t0之后的其他若干延迟时刻（如

图中 t1-t3）对样品进行拍照，并利用探测器将每一延迟时刻的信息记录下来。

这些延迟时刻，即泵浦与探测脉冲到达样品的时间差，在飞秒光学实验中通常是通过利

用两束脉冲的光程差来实现的。在光泵浦-光探测的情形下，泵浦光和探测光的光程每相差

1 微米，他们在时间上的先后顺序就相差 3.3fs. 因此，选择合适的光路延迟，就可以获取相

应的若干延迟时刻的样品信息，简单来说，就是用空间换时间。

严格上讲，时间零点是指泵浦脉冲和探针脉冲同时到达样品区域的那一刻，然而，这一

刻通常是无法真正精确确定的。在实际实验中使用的时间零点是这样确定的：当泵浦脉冲和

探测脉冲在空间上重合后（即探测脉冲所探测的样品区域一定是在泵浦脉冲所泵浦的样品区

域以内），再粗略调整延迟线找到泵浦脉冲和探测脉冲时间重合的大概位置，然后，在此位

置前后利用探针脉冲采集一系列数据，进行分析和比对后，找到被测量值（数据）开始发生

变化的那一时刻并将其选定为时间零点。比如在超快光阴影成像实验中，泵浦光击穿空气产

生等离子体，前后调整时间延迟线，当探针光拍摄到的照片上开始出现等离子体痕迹的时刻

图 2：机械快门示意图

图 3：From Professor Jianming Cao，Florida State University

5

即为时间零点。时间零点选定以后，所有的延迟时刻均是相对于这一位置而言的。

在每一个延迟时刻泵浦脉冲和探测脉冲都是成对出现的。如果泵浦脉冲激发的是一个可

恢复的过程（比如金属反射率的变化），那么可以在某一个延迟时刻利用探针光重复采集大

量的图样进行叠加，从而提高该延迟时刻的数据信噪比，使其符合进行数据分析的要求，这

一类型的方法在诸多实验研究中都得到了大量的应用。如果泵浦脉冲激发的是一个不可恢复

的过程，则每一发泵浦后都需要更新样品或泵浦区域，即进行单脉冲的泵浦探测实验。

泵浦探测实验是一种时间分辨率极高的实验方法，其时间分辨率主要由泵浦脉冲和探针

脉冲的脉冲宽度所决定，因此，使用飞秒激光泵浦-飞秒激光探测的实验可以很容易达到百

飞秒量级的时间分辨率。当使用不同的泵浦-探测组合时，有时还需要考虑泵浦脉冲和探测

脉冲在样品中的传播速度不一致所导致的速度失配问题，这将引起的时间分辨率的下降，如

光泵浦-电子探测实验。同时，泵浦脉冲和探针脉冲在趋近样品区域时的几何构形（如二者

的光路共线或有一定夹角等）也会对时间分辨率有一定的影响。

思考题：

1. 时间重合是指泵浦脉冲和探测脉冲同时到达样品区域，对光泵浦-光探测实验而言

就是使得泵浦脉冲和探测脉冲所走的路程相同，对于光泵浦-电子探测的实验则不

然，为什么？ 2. 在研究可恢复过程的实验中，通常在同一时间延迟时刻利用很多发探测脉冲进行

积累以提高信噪比，因此，激光器的重复频率越高就越能尽快地采集到符合信噪

比要求的数据。那么，是不是激光脉冲的重复频率越高就越好？为什么？ 3. 在超快热反射率实验中，泵浦和探测都使用的是超短脉冲，那么，使用连续光或

辐射源是否也可以做泵浦探测实验？为什么要使用超短脉冲（飞秒脉冲）？ 4. 在超快热反射率实验中，我们使用响应时间在微秒量级的光电探测器来记录信

号，为什么可以捕捉亚皮秒至飞秒量级的信号？

𝛥𝛥𝛥𝛥

图 4：典型的泵浦-探测光路图

6

5.3 实验内容

(一) 实验准备 • 完成基本的激光安全培训，了解实验室用户须知 • 了解光路调节的基本原则和平移台的调节 • 了解实验的基本原理 • 查找预习光学实验基本元件的功能和调节方法

(二) 实验装置

实验室已经搭建了超快热反射率的光泵浦-光探测测量系统，该系统建立于大气环境

中，操作方便。实验中所用飞秒激光系统中心波长为 800nm，重复频率 1000Hz，脉冲宽度

70-100fs，采用典型的泵浦-探测光路。 在本实验中，由激光器发射出的飞秒脉冲，被 9:1 分束镜分成两束，较强的一束作为

泵浦光，经过延时平移台后激发样品的动力学过程；较弱的一束作为探测光探测样品表面

反射率的变化。通过平移台改变泵浦光光程来实现泵浦光与探测光到达样品的时间差，从

而实现不同时刻的测量。为实现整个时间尺度（几百 ps 左右）的探测，我们需要移动平移

台 100mm 来完成测量。 本实验中，将研究飞秒激光脉冲与金属纳米薄膜相互作用后的超快动力学过程 10,12,泵

浦脉冲与探测脉冲均为 800nm。二分之一波片配合线性偏振棱镜（PBS）用于调节泵浦光

能量，不同泵浦光能量，激光泵浦样品的程度也是不一样的。

(三) 实验步骤 1. 实验准备：确定实验的样品是金 10,12 还是铝 13,14(选做一)，绘制实验光路图、记

录仪器型号和元件规格等相关实验参数。

图 5：实验光路图示意图

7

2. (选做二) 设计自动控制采集程序：利用 LabView 编写电动平移台的控制和锁相

放大器自动数据采集程序。 3. (选做三) 搭建实验光路：在助教的指导下，按照光路图搭建实验光路。 4. 调节平移台：确保平移台移动时，经过平移台的泵浦光斑基本不变。 5. 调节泵浦光：调节聚焦镜位置，使泵浦光脉冲能量和光斑大小合适。 6. 调节探测光：调节聚焦镜与样品之间的距离，使探测光的焦点处于样品表面，

注意探测光强度不能太大，否则将损坏样品表面。 7. 调节泵浦光与探测光的空间重合。 8. 调节探测光进入光探测器：通过示波器查看光探测器输出强度，调节探测光强

度使输出值在 1V 左右。 9. 寻找时间零点：移动平移台，观察信号突变点，找到时间重合点。微调泵浦光

使信号最高，注意要避免泵浦光的散射光进入探测器干扰实验。 10. 全程光泵浦-光探测实验：进行整个平移台量程的时间段扫描，多次测量，记录

数据。

(四) 数据分析

反射率变化曲线：对于入射强度为I𝑖𝑖的探测光，经过样品反射后，被光电探测器接收

并转化为电压信号。光电探测器得到的信号包括三个方面：𝐼𝐼𝑢𝑢 (反射光的强度)，𝐼𝐼𝑏𝑏 (背景

杂散光)，𝐼𝐼𝑛𝑛 (噪声，由光电探测器的不稳定性引起)。通过遮挡探测光，但保留泵浦光，可

以测量𝐼𝐼𝑏𝑏与𝐼𝐼𝑛𝑛的总和。假设在时间零点之前和之后，反射光的强度分别为𝐼𝐼𝑢𝑢与𝐼𝐼𝑢𝑢′。将两者相

减就可以得到我们需要的𝐼𝐼𝑠𝑠（信号光），这里信号光的含义是在泵浦光激发样品后，样品表

面反射率改变所引起的反射强度的改变量（这是因为我们使用了锁相放大器）。将平移台

的读数转化为延迟时间，绘制反射率随延迟时间变化曲线，分析反射率变化的原因。 反射率可以表示为：

r

i

IRI

= (5.9)

瞬态反射率的变化量是：

s

i

IRI

∆ = (5.10)

瞬态反射率的变化率：

s

r

IRR I∆

= (5.11)

我们记录下平移台移动的位置，记录下数据，绘制好图以后确定时间零点，就能描绘出反射

率的变化率随时间变化的图像，通过简单的 e 指数拟合就能求出特征时间值。 数据的深入分析可以开展的工作非常的多，首先我们可以通过极限条件的假设求得经验

公式 5.8 中的 a，b 的值，再求解双温度模型方程 5.6 可以计算出电子和晶格温度随时间的变

化规律，这样我们就可以画出反射率随时间变化的理论曲线，通过与实验曲线的对比，可以

8

进行更加深入的分析和讨论。 另外，可以通过另一种思路来解决这个问题。解 5.6 能够求得：

(t,G)(t,G)

e

l

T fT f==

(5.12)

即可以将电子温度和晶格温度表示成时间 t 和系数 G 的函数。通过 5.12 可以计算出温

度的改变量ΔT𝑒𝑒(t, G)和ΔT𝑙𝑙(t, G) 带入 5.8，可以将反射率表示成为以下几个系数的函数：

(t,G,a, b)R f∆ = (5.13)

这样用函数 5.13 和实验得到的曲线进行拟合，我们就可以求出 G, a, b 的实验值。 虽然从原理上来看很简单但是实际工作过程中由于需要求解一个偏微分方程组，而这个

方程组是没有解析解的，需要用数值的方法进行处理，推荐学有余力并且对这个问题很感兴

趣的同学尝试这一做法。

9

5.4 实验仪器

(一) 离子溅射镀膜机

这个古老的离子溅射镀膜机可以在衬底上镀金膜，千万不要小看了这些比你年纪还要大

的老设备，很多时候他们都是品质、严谨、坚固和历史的代名词。是实验一的配套设备。

使用手册下载：

http://llp.sjtu.edu.cn/courses/elp/wp-content/uploads/2012/08/IB-3-Manual.pdf

图 6：镀膜机

10

(二) 锁相放大器

利用锁相放大器利用乘法器+低通滤波+放大器实现选频放大的作用，可以将淹没在噪

声中的有用信号提取出来，。是实验一的配套设备。 使用手册下载：

http://www.signalrecovery.com/download/197852-A-MNL-C.pdf

图 7：锁相放大器

11

（三）斩波器

斩波器可以将重复频率为千赫兹的激光脉冲序列斩成其他重复率（如 500Hz 等）。是实

验一的配套设备。

使用手册下载： http://www.signalrecovery.com/download/190508-A-MNL-B.pdf

图 8：斩波器

12

5.5 实验讨论

讨论部分需要同学在所掌握的知识下发挥自己的想象力和能动性，并通过查阅文献得

到验证。在此只是抛砖引玉，提出几个问题供实验预习： 1. 自行查阅金和铝的反射率曲线。在 800nm 附近，铝的反射率有较大的变化，相对

金就没有这么大的变化，为什么？ 2. 不同金属样品（如铝、金、铜、银等），800nm 激光泵浦后，样品对 800nm 探测光

的反射率改变趋势是否一致？不一致，又是为什么？（提示：先比较铝与其他金属

的反射率曲线） 3. 实验中得到的反射率随时间变化曲线，时间零点之前是什么含义？ 曲线变化各段

的意义？其变化所持续的时间尺度又有什么含义？ 4. 反射率由多个条件决定，包括电子温度、晶格温度等等。假设我们改变波长，泵浦

波长？探测波长？ 会有什么后果？（提示：注意波长与金属带间跃迁的能级差的

关系）。 5. 样品都有损伤阈值，在低于此阈值下，泵浦能量对反射率如何影响呢？泵浦能量对

电子-声子耦合系数是否有影响？为什么？

通过思考希望能有更多的实验想法，一些供实验前后思考和准备的问题如下： 问题类型 问题内容

激光参数 Q1：出光口处的激光强度是多大？（单位：W/cm

2）

Q2: 激光脉冲的波长、谱宽、脉冲宽度、能量、光斑大小是多少？

实验目的

Q1：什么是泵浦-探测技术？

Q2：为什么要探测金属膜的超快热反射率变化？

Q3：泵浦-探测技术有哪些应用？

实验现象

Q1: 为什么激光太强，铝膜会被打坏？ 打坏时表现为什么？“打坏”时

发生什么物理过程？

Q2：为什么打坏的区域不能作为样品区域？

Q3：激光与金属相互作用，电子被激发是否可认为是瞬时的？

Q4：铝膜在被 800 纳米激光泵浦后，反射率会升高或降低为什么？

Q5：光电探测器读取的是什么信号？

Q6：我们将观测到什么样的突变信号？

Q7：为什么本实验中要求探测的过程是可重复的？如何从实验现象和数

据上判断获得的信号是可重复的？

实验原理

实验讨论

Q1：什么是“时间零点”？

Q2：金属膜的反射率为什么会发生变化？

Q3：800 纳米（1.55 电子伏特）进行泵浦为什么会引起铝膜的反射率变

化？

Q4：为什么要如此精确地进行探测？

Q5：光电探测器的工作原理是什么？光电探头将光信号转化为电压信号

的是响应曲线是线性的吗？

13

Q6：为什么泵浦-探测技术要强调两者的同步？在这个实验中，我们是如

何实现两者的同步？

Q7：既然说光电效应发生的尺度很短，在飞秒量级，为什么光电探测器中

光电信号的转化过程是纳秒量级的？

Q8：噪声的来源分别有哪些来源？哪些可以减小甚至消除？哪些噪声会

和信号一起被放大？

Q9：泵浦-探测实验的时间分辨率是由哪些因素决定的？本实验可达到的

最小时间分辨率是不是由平移台的精度决定的？

Q10：数据处理时，是否需要将电压信号再转化为光强？

实验操作

Q1：什么是伺服镜系统？为什么要采用伺服镜系统而不用一个反射镜将

激光导入光路？如何利用伺服镜系统调整光路？

Q2：如何既“快”又“准”地寻找“时间零点”？

Q3：泵浦和探测的时序有什么要求？实验上如何满足这样的要求？

Q4：为什么在实验前，要先测量泵浦和探测的光程？

Q5：如何通过延迟平移台实现泵浦/探测的时间差？

Q6：可以探测的最长延迟时间是多少？

Q7：如何确认泵浦与探测同时到达样品？

Q8：助教希望我们培养和仪器设备的感情，为什么又要求我们不要对着

光学元件说话呢？

Q9：请介绍搭建光路的基本步骤。

Q10：为什么要使用精密的光学延迟台？

Q11：在光路中，如何区分哪一路是探测，哪一路是泵浦？

Q12：为什么要求泵浦和探测在空间上重合？在哪里它们必须重合？

Q13：泵浦和探测光斑的大小有什么讲究？为什么探测光的聚焦要小？

Q14：为什么在光路中要加入光阑？如何保证光是沿着预定的路线前进

的？

Q15：改变激光能量的方法有哪些？

Q19：为什么要将探测光斑调节至肉眼可以分辨，但不太亮？如何用可变

衰减片调节探测光能量？

Q20：为什么要用塑料套罩住光学元件？

Q21：为什么分光后用70%的能量作为泵浦光？而30%的能量作为探测光？

Q22：为什么要求探测光要弱？

Q23：如何选择采样密度？（光程改变的密度）

Q24：如何确定测量次数？

Q25：探测器所反映出的噪声主要来自于哪些方面？

14

参考文献

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2 P.W. Bridgman, Proc. Natl. Acad. Sci. 7, 299 (1921).

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7 J. Fujimoto, J. Liu, E. Ippen, and N. Bloembergen, Phys. Rev. Lett. 53, 1837 (1984).

8 H. Elsayed-Ali, T. Norris, M. Pessot, and G. Mourou, Phys. Rev. Lett. 58, 1212 (1987).

9 S.D. Brorson, A. Kazeroonian, J.S. Moodera, D.W. Face, T.K. Cheng, E.P. Ippen, M.S. Dresselhaus, and G. Dresselhaus, Phys. Rev. Lett. 64, 2172 (1990).

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15