发布日期：2024-05-02 00:48 点击次数：153
什么是频域热反射（FDTR）CYL588.VIP
时域热反射（TDTR）是表征体材料和薄膜热特点的有用用具。干系词，机械迁徙台的过错可能会引入测量谬误，而况超快脉冲激光价钱腾贵。
频域热反射（FDTR）是 TDTR 的一种变体，其中通过更动泵浦光束的调制频率而不是泵浦光束和探伤光束之间的延伸期间来测量热反射信号。FDTR 用于表征体材料和薄膜的多样热特点，无需迁徙台和超快脉冲激光，从而舍弃了 TDTR 的时弊。
在 TDTR 和 FDTR 中，测量信号对热特点的聪慧度齐受调制频率的影响。关于高精度的 TDTR 测量，必须阐发分析研究相宜聘用调制频率，这关于 FDTR 来说不是问题。
FDTR测量抽象
FDTR 有两种可能的实践成立：脉冲激光系统和齐集波（CW）激光系统。
脉冲激光 FDTR 的确使用与 TDTR 调换的成立；因此，FDTR 和 TDTR 齐不错进行。泵浦光束的频率在 0.1 - 20 MHz 界限内调制，而机械迁徙台的位置固定在某个延伸期间，幸免了 TDTR 中迁徙台畅通所触及的扫数伪影。
在 CW 激光 FDTR 中，使用两个 CW 激光器看成泵浦光束和探伤光束。泵浦光束的频率由 EOM 调制，并在样品名义产生热流。探伤光束由与泵浦光束调换的物镜聚焦以检测热反射信号。由于无需使用超快脉冲激光，CW FDTR 不错以低老本竖立。
TDTR 和 FDTR 之间热特点的评估经由调换。
表面上，与脉冲 TDTR/FDTR 比较，CW FDTR 的泵浦光束不错在无穷频率下调制。干系词，在实质中，由于信号强度的裁减和高频处存在噪声，调制频率贬抑在
宽带频域热反射（BB-FDTR）已被已毕，以舍弃此频率贬抑，并使用外差检测将其彭胀到 200 MHz。
FDTR的优点
● 除了体样品外，厚度从几十纳米到几微米的薄膜也不错测量。
● 通过运用不同的激光光斑尺寸和调制频率，不错评估多样热特点，举例垂直平面热导率 Kz、平面内热导率 Kr、界面热导 G 和热容量 C 等。
● 非战斗式测量可在老例环境条目下或通过真空室的窗口进行。
● 与 TDTR 比较，FDTR 幸免了长机械期间延伸的复杂性。此外，不需要腾贵的脉冲激光。
● 频率聘用与诸多未知成分密切有关，因此在时域热反射（TDTR）测量之前很难进行。在频域热反射（FDTR）测量中，不错幸免频率聘用这一要领。
宽带频域热反射（BB-FDTR）先容
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在 TDTR/FDTR 中，泵浦光束的调制频率是一个紧迫参数，它会影响对多样热特点的聪慧度以及热穿透深度。为了计划纳米级材料中热导率的尺寸效应，需要对加热频率进行宽界限调制，以更动热穿透深度，并测量在平均目田程（MFP）的宽散播上的热导率蕴蓄函数 kaccum。
宽带频域热反射（BB-FDTR）是 FDTR 的一种变体，通过外差检测将调制频率彭胀到 200 MHz，这比典型 FDTR 的贬抑高 10 倍。[1]
BB-FDTR 用于表征体材料和薄膜的多样热特点，CYL688.VIP如 TDTR/FDTR，而况由于其更高的调制频率，更顺应计划准弹谈热传输，这在纳米级工程中越来越紧迫——越过是在热电应用中。
BB-FDTR测量抽象[1]
BB-FDTR 的实践装配与具有两种不同波长齐集波（CW）激光器的 FDTR 的确调换。泵浦齐集波激光器通过 EOM1 在频率 f1 处进行强度调制，并通过物镜聚焦在样品上。探伤齐集波激光器通过统一物镜聚焦在样品上，以检测频率为 f1 的热反射调制信号。
图 1. BB-FDTR 技能的旨趣图。
EOM2 在反射的探伤光束中以频率 f2 引起迥殊的强度调制，阐发以下三角公式使反射的泵浦光束和探伤光束进行外差，从而在 f1 - f2 和 f1 + f2 处产生频率调制重量：
反射的泵浦光束和高频重量 f1 + f2 区分使用带通滤波器（BPF）和低通滤波器（LPF）进行滤波。使用锁相放大器检测 f1 - f2 处探伤信号的幅度 R 和相位 φ。
迥殊的调制频率 f2 被细目为使得 f1 - f2 保合手在小于 100 kHz 的恒定值，该值被聘用接近锁相放大器频率界限的上限，从而撤消高次谐波重量。在这种条目下，由较高加热频率引起的热反射信号不错在低得多的频率下被检测到，且噪声最小。
通过BB-FDTR计划纳米级热传输中的尺寸效应
更动泵浦光束的调制频率会导致热穿透深度 dp 的变化：
其中α暗示样品的热扩散率，fmod
和ωmod
区分暗示泵浦光束的频率和角频率。
当 dp 与声子平均目田程（MFP）尽头时，准弹谈热传输效应变得彰着，而况 MFP 长于 dp 的声子对 BB-FDTR（TDTR/FDTR）测量的表不雅热导率莫得孝顺。[2] 在这种情况下，BB-FDTR 可用于测量热导率蕴蓄函数 kaccum，它边幅了 MFP 短于 dp 的声子对体热导率的蕴蓄孝顺。[3] 通过在宽界限内更动调制频率，BB-FDTR 可用于测量声子 MFP 谱，该谱诠释了纳米器件中热导率的尺寸效应并推崇了纳米级热传输。
图 2. （a）区分在泵浦光束的低和高调制频率下扩散和准弹谈传输的图示。（b）声子 MFP 谱的典型图像，其泄漏了归一化的 kaccum 看成声子 MFP 的函数。
BB-FDTR的优点
● 除了体样品外，厚度从几十纳米到几微米的薄膜也不错测量。
● 通过运用不同的激光光斑尺寸和调制频率，不错评估多样热特点，举例垂直平面热导率 Kz、平面内热导率 Kr、界面热导 G 和热容量 C。
● 非战斗式测量可在老例环境条目下或通过真空室的窗口进行。
● 与 TDTR 比较，BB-FDTR（连同 FDTR）幸免了长机械期间延伸的复杂性。此外，不需要腾贵的脉冲激光。
● 在 BB-FDTR（和 FDTR）测量中，不错幸免在 TDTR 测量之前与未知量密切有关且因此难以进行的频率聘用。
● 与 FDTR 比较，在更宽的平均目田程（MFP）界限内不错测量热导率蕴蓄函数 kaccum。
参考文件
[1] K. T. Regner、S. Majumdar 和 J. A. Malen，
“用于测量热导率蕴蓄函数的宽带频域热反射仪器”
《科学仪器辩论》84(6)，064901（2013）。
[2] Y. K. Koh 和 D. G. Cahill，
“半导体合金热导率的频率依赖性”
《物理辩论 B》76(7)，075207（2007）。
[3] C. Dames、G. Chen，
“纳米结构热电材料的热导率”
《热电手册：从宏不雅到纳米》第 42 章，CRC 出书社CYL588.VIP，D. Rowe 剪辑，（2005）。
