近日，南京大学电子科学与工程学院王枫秋教授团队首次实现了基于单腔双梳光源的高速泵浦-探测成像，完成了对大尺寸半导体样品的快速扫描，单点泵浦-探测测量时间短于6 ms。相关成果发表于光学领域知名期刊IEEE Photonics Technology Letters, 37, 405 (2025)。
泵浦-探测（pump-probe spectroscopy）是一种被广泛使用的超快光学表征技术，用以获得光生载流子超快时域动力学特征。与空间扫描功能结合的泵浦-探测成像技术（pump-probe microscopy），对于研究半导体表界面的时空输运模型，以及揭示缺陷特有的光学性质等具有重要意义。但受限于扫描耗时及系统复杂度等因素，泵浦-探测成像并未被广泛普及。异步光学采样技术 (ASOPS) 是一种能够显著提升泵浦-探测速度的新兴方法。ASOPS通常采用双光梳光源构建一对互扫描光束，摆脱了对光学延迟线的依赖。然而，目前商用双光梳系统需要复杂的电子电路进行锁相，系统复杂且昂贵。近年来，单腔双光梳光源成为新兴的研究热点。单腔双光梳激光器由于谐振腔共享的特性，在自由运转状态下（无锁相），重频差即具有良好的稳定性。目前已经有研究人员开展了基于单腔双梳光源的泵浦-探测研究，双光梳光源的应用已经将探测光扫描范围扩展到了几十纳秒甚至微秒量级，有研究已经对半导体样品上单点的非线性动力学特性进行了表征。然而，基于单腔双梳技术对大尺寸半导体样品进行泵浦-探测成像还未见报道。
课题组先是实现了一种重频差、工作波长均可调谐的全保偏单腔双光梳激光器。激光腔采用两个超快光开关和两段增益光纤的双支路结构，以避免谐振腔内多余的非线性效应和增益竞争现象。利用非线性频率转换技术，进一步将输出波长拓展到1.9 μm-2.4 μm范围。（IEEE Photonics Technology Letters，35,1291 [2023]）。
近期，基于该光源，课题组实现了一套泵浦-探测成像系统（如图1a），首次展示了对半导体材料的泵浦-探测二维成像。我们选择了一个商用的GaAs 量子阱芯片作为样品，结合高精度电动平台，实现了对样品的全自动扫描表征（如图1c），证明了该系统对样品表面的缺陷的探测和定位能力。通过基于单腔双梳的ASOPS技术，泵浦-探测表征速度得到显著提升，单点数据采集时间短于6 ms。
图1 (a)泵浦-探测显微系统示意图；(b)单点测量的泵浦-探测曲线；(c) SESAM样品的弛豫时间表征结果；(d) SESAM表面缺陷定位测量。
此外，研究人员进一步对扫描过程中单腔双梳光源的重频差漂移情况进行了监控，通过实验证明了在自由运转条件下（无重频差漂移修正），该系统的二维扫描表征能力足以胜任绝大多数的泵浦-探测应用场景。该工作为快速且经济的泵浦-探测成像系统提供了一种新的解决方案，并将启发更多基于单腔双梳光源的泵浦-探测成像研究。相关成果发表于光学领域知名期刊IEEE Photonics Technology Letters, 37, 405 (2025)。该工作得到了国家重点研发计划课题的资助（2022YFA1204303），并得到了张荣院士的支持与指导。
