客户之声：看锁相放大器在纳米晶体领域的光学应用

人物介绍

Andre Maier 博士 (左，博士后研究员）和 Marcus Scheele 教授（右，首席研究员）都是德国图宾根大学物理化学专业纳米晶体组成员。

不久前，苏黎世仪器对其进行了专访，让我们看看锁相放大器是如何帮助纳米晶体领域的光学应用。

1. 请分享一下你们科学工作者的经历

Marcus：我从事半导体纳米晶体的化学和物理研究已超过 15 年的时间。在职业生涯的早期，我有幸与 Horst Weller、Dmitri Talapin 和 Paul Alivisatos 等该领域的顶尖科学家一起工作并向他们学到了很多宝贵的知识。

我们这个小组现在想要实现的一些想法就是从那时候开始萌芽的。在我看来，这完美证明了科学的创新恰恰源自机构之间在思想和人才上的频繁交流。

Andre：我毕业于图宾根大学，攻读的是当时新成立的纳米科学项目。这个高度跨学科的项目激发了我对各种纳米技术研究领域的兴趣，也是我选择去剑桥大学 Ulrich Keyser 教授率领的小组进行研究访问的原因，他们的研究重点就是 DNA 纳米技术和纳米孔传感。

回到图宾根大学后，我在 2018 年作为博士生加入了 Marcus Scheele 教授的研究小组。我专攻的方向是对基于自组装纳米晶体和纳米团簇的新型纳米材料进行电子和结构表征。具体来说，我研究了对基于溶液工艺制造的新型半导体器件至关重要的结构和输运特性。

2021 年获得博士学位后，我以博士后的身份留在了这个小组。

2. 您目前在做什么？

Marcus：刚进入这个领域的时候，我主要将精力放在新型半导体纳米晶体的合成上。现在我相信该领域已经发展得足够成熟，这些材料完全可以用于实际应用并有机会真正走向市场。其中的一项例证就是 Q-LED 显示器的成功问世，这类产品借助半导体纳米晶体，能够明亮地呈现彩色图像，而它很可能只是这项技术实际应用的起点。

除了 LED 外，我们的研究小组目前还在探索能用于光收发器的快速光开关材料。这类设备能够实现光纤和计算机终端站之间关键的互连，而加快这一环节上的运行速度将有助于提高数据传输速率。该项目得到了欧洲研究委员会的慷慨资助，这笔启动经费将延续到 2024 年。

Andre：作为 Marcus Scheele 小组的博士后，我开发了一种能够对基于胶体纳米晶体的超快光电探测器进行表征的装置。胶体纳米晶体具有尺寸可调性并且是基于溶液工艺制成的，因此有望成为一种光电探测器材料，也是光通信等各种技术应用不可缺少的材料。

我们实施了一种基于泵浦-探针双脉冲重合光响应技术以及异步光学采样 (ASOPS) 的表征方法，其中瑞士苏黎世仪器公司研制的 UHFLI 锁相放大器发挥了重要作用。通过这种技术，我们可以揭示所开发的光电探测器在皮秒到纳秒范围内的固有时间响应。

3. Andre，您刚刚提到了 UHFLI，能详细介绍一下该仪器的作用吗？

Andre：我们用 UHFLI 来执行超快泵浦-探测测量，目的是研究准备用作光收发器的光电探测器所具有的固有响应时间。

我们的设备由两个飞秒激光脉冲激发，两个脉冲之间的延迟可调。脉冲之间的延迟一般是通过机械延迟线逐步改变光路长度来产生的。

这种方式通常可以实现高达几百皮秒的时间延迟；通过逐步改变此延迟并记录相应的光响应，我们就能够逐点获取泵浦-探测的时域光谱。但这样一来，单次测量就需要采集数小时的数据。

在异步光学采样 (ASOPS) 方法中，我们使用了两台用电触发同步的激光器，重复频率 (frep + Δf) 略有偏移，导致时间延迟发生累积。具备周期性波形分析仪 (PWA) 功能的 UHFLI 锁定在失谐频率 Δf 上，从而进行带有 ASOPS 的泵浦-探测光响应测量。

这种设置可以借助 PWA 实时记录周期性信号，因此能够在仅 10 ms 的采集时间内实现扫描分辨率为 10 fs 的 10 ns 延迟窗口。这意味着测量只需几秒钟，而无需几小时。

4. 这个研究领域有什么特别具有前景的成果？

Andre：光电探测器将光转换为电信号，这是光通信的关键能力。事实上，光收发器将从光纤中到达的光数据“转换”为可由传统计算机处理的电数据。

由于此转换步骤对实现更快通信造成障碍，因此能够支持高频操作的材料备受追捧。除了石墨烯和过渡金属二硫化物等二维材料之外，采用溶液工艺制成的低成本纳米晶体材料是另一种可行的选择。