CN115112578A - 一种基于泵浦探测的成像光谱系统、检测成像方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于泵浦探测的成像光谱系统、检测成像方法及应用，基于泵浦探测的成像光谱系统包括光源组件、第一分束镜、激发单元、探测单元、合束镜、第二分束镜、信号参照单元与显像单元；光源组件用于发出飞秒激光，飞秒激光经过第一分束镜后分为两路光束；一路光束进入激发单元内形成泵浦光束，并依次经过合束镜与第二分束镜后分束得到聚焦光束与参考光束，聚焦光束射入显像单元内激发待测样品，参考光束用于判断信号的正负；另一路光束进入探测单元内形成具有时间延迟性的探测光束，再经过合束镜入射至显像单元内探测待测样品并成像。本发明实现了高时间分辨率和高空间分辨率，能够进行载流子输运的超快显微成像测量。
Description
技术领域
本发明属于显微成像技术领域，涉及一种基于泵浦探测的成像光谱系统、检测成像方法及应用。
背景技术
载流子的传输与弛豫对于半导体的研究至关重要，高的载流子迁移率可以实现半导体器件更快的运算速度，长的传输距离则可以实现更高的太阳能电池转换效率。在纳米尺度，通过结构设计，载流子的传输可以被精确的控制以实现所需要的功能,由于载流子的产生、传输与耗散过程多发生在超快的时间尺度(纳秒)内，因此，载流子输运的研究需要同时具有高时间分辨率和高空间分辨率。
常规的载流子传输的研究手段包括光学和电学的方法，通过测试不同偏压下的电流，或利用霍尔效应测试不同磁场强度下的横向偏压，可以获得样品的迁移率。但电学方法需要制备电极，空间分辨率难以做到10μm以下，且由于带宽的限制，难于研究纳秒以下瞬态过程。通过光学方法，测试载流子引起的反射率或者吸收率的变化，载流子的行为可以被记录下来；通过显微物镜，激光可以聚焦到1μm以内，其聚焦本领和成像分辨本领正比与波长/2x数值孔径。利用飞秒脉冲做激发和探测，可以追踪超快的载流子生成、传输与弛豫过程。
目前，泵浦探测扫描的显微瞬态吸收成像研究中，利用一束激光激发样品(泵浦光)，另一束激光来探测光生载流子(探测光)，通过振镜扫描探测光的空间位置，利用电控位移台控制泵浦光与探测光的时间差，实现载流子传输的时空扫描。该装置原理简单，但对泵浦光的强度稳定性非常高，容易产生扭曲的图像，需要超稳激光源，且扫描速度慢，对于微弱的信号测量效率非常低。一种利用宽场探测的瞬态吸收显微成像装置，通过将探测光离焦照明，泵浦光聚焦激发，可以利用直接成像的方式测量载流子分布，克服了振镜扫描的缺点。但该装置采用纳秒光作为激发和探测光源，无法实现飞秒级别的时间分辨率，也无法满足超快载流子产生与探测的需求。
因此，提供一种能够同时具有超快的时间分辨率，以及直接对载流子进行可视化成像的显微光谱装置，将在微纳领域具有非常重要的应用价值。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于泵浦探测的成像光谱系统、检测成像方法及应用，实现高时间分辨率和高空间分辨率，能够进行载流子输运的超快显微成像测量。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种基于泵浦探测的成像光谱系统，所述的基于泵浦探测的成像光谱系统包括光源组件、第一分束镜、激发单元、探测单元、合束镜、第二分束镜、信号参照单元与显像单元；
所述的光源组件用于发出飞秒激光，所述飞秒激光经过所述第一分束镜后分为两路光束；
一路光束进入所述激发单元内形成泵浦光束，所述泵浦光束依次经过所述合束镜与第二分束镜后分束得到聚焦光束与参考光束，所述聚焦光束射入所述显像单元内激发待测样品，所述参考光束经过所述信号参照单元后进入所述显像单元内，所述显像单元对所述参考光束感光，判断信号的正负；
另一路光束进入探测单元内形成具有时间延迟性的探测光束，所述探测光束经过所述合束镜入射至所述显像单元内探测待测样品并成像。
本发明提供的一种基于泵浦探测的成像光谱系统，应用范围广泛，适用于金属材料、半导体材料或分子聚集体等材料中热量、载流子或准粒子(激子、声子极化基元、激子极化基元、表面等离激元)的产生、传输及耗散过程。
本发明中的飞秒激光经过第一分束镜后分为两路光束，一路光束进入激发单元内形成泵浦光束，泵浦光束在第二分束镜的作用下进一步分束形成聚焦光束与参考光束，聚焦光束用于激发待测样品，参考光束用于判断信号的正负；另一路进入探测单元内形成具有时间延迟性的探测光束。
需要说明的是，本发明中所述的判断信号的正负是指判断是否有聚焦光束激发待测样品，当参考光束感光后成像的强度为正值时，表示有聚焦光束激发待测样品，载流子浓度为正，当强度为0时，代表没有聚焦光束激发待测样品，载流子浓度为0。
作为本发明一个优选技术方案，所述的激发单元包括斩波装置，所述的斩波装置用于将所述飞秒激光的一路光束切光得到所述泵浦光束。
所述斩波装置的工作频率为所述飞秒激光的脉冲重复频率的一半。
优选地，所述的光源组件包括激光器。
优选地，所述飞秒激光的脉冲宽度为100×10-15s，所述飞秒激光的光谱带宽为5～10nm。
所述飞秒激光的光谱范围为400～1000nm，例如可以是400nn、450nm、480nm、500nm、550nm、600nm、650nm、700nm、750nm、800nm、850nm、900nm、950nm或1000nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明一个优选技术方案，所述探测单元包括依次设置的电控位移台与第一透镜，所述的电控位移台用于输出时间延迟的所述探测光束，所述探测光束通过所述第一透镜预聚焦后射入所述合束镜中。
作为本发明一个优选技术方案，所述的电控位移台包括驱动装置与中空角镜，所述驱动装置用于驱动中空角镜移动，所述的中空角镜用于实现激光回射。
优选地，所述第一分束镜与所述中空角镜之间的光路上设置有至少一个反射镜，所述中空角镜与所述第一透镜之间的光路上设置有至少一个反射镜，所述飞秒激光的另一路光束经过至少两次反射得到所述探测光束。
需要说明的是，本发明中进入探测单元内飞秒激光的另一路光束，在依次经过至少一个反射镜、中空角镜和至少一个反射镜后得到具有时间延迟性的探测光束。
优选地，所述驱动装置为步进电机，所述步进电机的步长≥100nm。
需要说明的是，泵浦光束的探测需要对时间延迟进行精密的调控，本发明采用精密的步进电机，最小步长为100nm，利用反射式光路配置，可以实现时间延迟。同时，本发明使用中空角镜，保证了步进电机在运动时反射回的信号位置不会发生晃动，仅产生时间上的延迟。
作为本发明一个优选技术方案，所述的显像单元包括第三分束镜、显微物镜、样品台、滤光片、第二透镜与CMOS(互补金属氧化物半导体，Complementary Metal OxideSemiconductor)相机。
所述显微物镜用于将聚焦光束和探测光束入射至所述样品台上的待测样品上，所述探测光束在待测样品的表面反射，由原光路返回至所述第三分束镜，并反射至所述滤光片中，再通过所述第二透镜后入射至所述CMOS相机中成像。
所述的显微物镜实现聚焦光束的聚焦，以及反射回的探测光束的收集。
所述的第二透镜为长焦透镜，结合显微物镜实现探测光束的成像。
所述的样品台为三维位移台，实现待测样品的位置移动与聚焦。
所述的CMOS相机接收反射回的探测光束对载流子分布进行成像，并在部分区域对泵浦光束感光，以判断信号的正负。
所述的滤光片用于滤除所述聚焦光束内的反射光。
优选地，所述CMOS相机的空间分辨能力为20～23nm，例如可以是20nm、21nm、22nm或23nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述CMOS相机的帧频与所述飞秒激光的重复频率相同。
需要说明的是，本发明的基于泵浦探测的成像光谱系统可进行电荷载体空间传输的监测，而空间传输的灵敏度取决于系统的空间分辨能力，因此，本发明采用100X镜头，在CMOS相机单个像素对应20～23nm的空间距离，即能够得到高空间分辨能力(20～23nm)的传输测量。
作为本发明一个优选技术方案，所述的信号参照单元包括第三透镜，所述参考光束经过所述第三透镜后入射至所述CMOS相机中成像。
第二方面，本发明提供了一种检测成像方法，所述的检测成像方法采用第一方面所述的基于泵浦探测的成像光谱系统，所述的检测成像方法包括：
将飞秒激光分为两路光束；
一路光束经过激发单元获得泵浦光束，将所述泵浦光束分为聚焦光束与参考光束，所述聚焦光束照射在待测样品上形成第一光斑，并实现带内激发，所述参考光束形成第二光斑，以判断信号的正负；
另一路光束经过探测单元，通过调节光学延迟线的延迟时间，获得具有不同延迟时间的探测光束，所述探测光束照射在所述第一光斑上形成探测光圈，通过连续两帧的探测光圈的反射率差值进行电荷载体的可视化探测。
在判断信号的正负时，当第二光斑强度为正值时，表示有聚焦光束激发待测样品，载流子浓度为正；第二光斑强度为0时，代表没有聚焦光束激发待测样品，载流子浓度为0。
需要说明的是，在本发明中的检测成像过程中，泵浦光束被待测样品吸收，实现带内跃迁，产生非平衡的载流子布局，导致待测样品折射率的改变，进而影响待测样品的反射系数，反射系数的改变正比与载流子浓度。这种非平衡的载流子布局，经过一段时间后会重新弛豫到平衡态。通过另一路经过特定时间延迟的探测光束的反射率的变化，可以监测到该载流子的动力学行为。因此，本发明利用在有泵浦光束的情况下，待测样品对探测光束的反射率的变化，即差分反射信号，来反映载流子的动力学过程。载流子在产生以后，不仅会产生粒子数的变化，在时间上弛豫，在空间上也会产生由于浓度分布不均匀导致的扩散。本发明采取第一光斑激发，通过发散的探测光圈进行探测，能够监测到其空间传输。
作为本发明一个优选技术方案，所述激发单元内对于所述飞秒激光的一路光束进行斩波得到所述的泵浦光束。
优选地，所述斩波的工作频率为所述飞秒激光的脉冲重复频率的一半。
优选地，所述飞秒激光的脉冲重复频率为800～1200Hz，例如可以是800Hz、850Hz、900Hz、950Hz、1000Hz、1100Hz或1200Hz，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述延时时间为0.66fs～6ns，例如可以是0.66fs、6.6fs、66.6fs、666fs、6666fs、66666fs、666666fs、666667fs、666668fs、5666666fs、6000000fs、-2fs、-20fs或-200fs，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
第三方面，本发明提供了一种第一方面所述的基于泵浦探测的成像光谱系统的应用，所述的基于泵浦探测的成像光谱系统应用于电子、空穴、离子、激子、声子极化基元、激子极化基元或等离基元的可视化探测。
本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述系统是指设备系统、装置系统或生产装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的一种基于泵浦探测的成像光谱系统、检测成像方法及应用，通过聚焦光激发，进行宽场探测，能够直接实现载流子的检测，避免了探测光扫描导致的空间扭曲；
(2)本发明提供的一种基于泵浦探测的成像光谱系统通过对泵浦光束感光，来判断瞬态反射率的符号，避免采用复杂的逻辑电路来进行符号判断的问题；
(3)本发明提供的一种基于泵浦探测的成像光谱系统的可广泛的适用于半导体、金属和分子聚集体等体系的载流子分析。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的基于泵浦探测的成像光谱系统的结构示意图；
图2A为本发明实施例1待测样品上光斑的示意图；
图2B为本发明实施例1待测样品上实际泵浦光束、探测光束与参考光束的成像。
具体实施方式
需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种基于泵浦探测的成像光谱系统，包括光源组件、第一分束镜、激发单元、探测单元、合束镜、第二分束镜、信号参照单元与显像单元；
所述的光源组件用于发出飞秒激光，所述飞秒激光经过所述第一分束镜后分为两路光束；
一路光束进入所述激发单元内形成泵浦光束，所述泵浦光束依次经过所述合束镜与第二分束镜后分束得到聚焦光束与参考光束，所述聚焦光束射入所述显像单元内激发待测样品，所述参考光束经过所述信号参照单元后进入所述显像单元内，所述显像单元对所述参考光束感光，判断信号的正负；
另一路光束进入探测单元内形成具有时间延迟性的探测光束，所述探测光束经过所述合束镜入射至所述显像单元内探测待测样品并成像。
本发明提供的一种基于泵浦探测的成像光谱系统，应用范围广泛，本发明提供的基于泵浦探测的成像光谱系统，可应用于热量、电子、空穴、离子、激子、声子极化基元、激子极化基元或等离基元的产生、传输及耗散过程。
本发明中所述的判断信号的正负是指判断是否有聚焦光束激发待测样品，当参考光束感光后成像的强度为正值时，表示有聚焦光束激发待测样品，载流子浓度为正，当强度为0时，代表没有聚焦光束激发待测样品，载流子浓度为0。
在一些实施方式中，所述的激发单元包括斩波装置，所述的斩波装置用于将所述飞秒激光的一路光束切光得到所述泵浦光束。所述斩波装置的工作频率为所述飞秒激光的脉冲重复频率的一半。本发明中的斩波装置实现间隔通过泵浦光以实现样品信号的实时测量。
所述的光源组件包括激光器。
所述飞秒激光的脉冲宽度为100×10-15s，所述飞秒激光的光谱带宽为5～10nm。所述飞秒激光的光谱范围为400～1000nm。本发明中采用飞秒脉冲作为激发和探测光，追踪超快的载流子生成、传输与弛豫过程，具有较高的时间分别率。
在一些实施方式中，所述探测单元包括依次设置的电控位移台与第一透镜，所述的电控位移台用于输出时间延迟的所述探测光束，所述探测光束通过所述第一透镜预聚焦后射入至所述合束镜中。
在一些实施方式中，所述的电控位移台包括驱动装置与中空角镜，所述驱动装置用于驱动中空角镜移动，所述的中空角镜用于实现激光回射。
所述第一分束镜与所述中空角镜之间的光路上设置有至少一个反射镜，所述中空角镜与所述第一透镜之间的光路上设置有至少一个反射镜，所述飞秒激光的另一路光束经过至少两次反射得到所述探测光束。
本发明中另一路光束是指进入探测单元内的飞秒激光的一路光束，在依次经过至少一个反射镜、中空角镜和至少一个反射镜后得到具有时间延迟性的探测光束。
所述驱动装置为步进电机，所述步进电机的步长≥100nm。
本发明中泵浦光束的探测需要对时间延迟进行精密的调控，因此采用精密的步进电机，最小步长为100nm，利用反射式光路配置，可以实现时间延迟。同时，本发明使用中空角镜，保证了步进电机在运动时反射回的信号位置不会发生晃动，仅产生时间上的延迟。
在一些实施方式中，所述的显像单元包括第三分束镜、显微物镜、样品台、滤光片、第二透镜与CMOS相机。其中，显微物镜起到聚焦光束的聚焦，以及反射回的探测光束的收集的作用。第二透镜为长焦透镜，结合显微物镜实现探测光束的成像。样品台为一个三维位移台，实现待测样品的位置移动与聚焦。CMOS相机接收反射回的探测光束对载流子分布进行成像，并在部分区域对泵浦光束感光，以判断信号的正负。所述的滤光片用于滤除所述聚焦光束内的反射光。
所述显微物镜用于将聚焦光束和探测光束入射至所述样品台上的待测样品上，所述探测光束在待测样品的表面反射，由原光路返回至所述第三分束镜，并反射至所述滤光片中，再通过所述第二透镜后入射至所述CMOS相机中成像。
在一些实施方式中，所述CMOS相机的空间分辨能力为20～23nm。所述CMOS相机的帧频与所述飞秒激光的重复频率相同，且工作在外触发模式。本发明采用100X镜头，在CMOS相机单个像素对应20～23nm的空间距离，即能够得到高空间分辨能力(20～23nm)的成像。
在一些实施方式中，所述的信号参照单元包括第三透镜，所述参考光束经过所述第三透镜后入射至所述CMOS相机中成像。
本发明中的信号参照单元用于判断判断信号的正负，一部分的泵浦光束(即参考光束)经第二分束片反射后射入第三透镜，再通过CMOS相机选定位置对参考光束感光，判断信号的正负号。
在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种检测成像方法，所述的检测成像方法采用一个具体实施方式中所述的基于泵浦探测的成像光谱系统，所述的检测成像方法包括：
将飞秒激光分为两路光束；
一路光束经过激发单元获得泵浦光束，将所述泵浦光束分为聚焦光束与参考光束，所述聚焦光束照射在待测样品上形成第一光斑，并实现带内激发，所述参考光束形成第二光斑，以判断信号的正负；
另一路光束经过探测单元，通过调节光学延迟线的延迟时间，获得具有不同延迟时间的探测光束，所述探测光束照射在所述第一光斑上形成探测光圈，通过连续两帧的探测光圈的反射率差值进行电荷载体的可视化探测。
在判断信号的正负时，当第二光斑强度为正值时，表示有泵浦光激发待测样品，载流子浓度为正；第二光斑强度为0时，代表没有泵浦光激发待测样品，载流子浓度为0。
在本发明中的检测成像过程中，泵浦光束被待测样品吸收，实现带内跃迁，产生非平衡的载流子布局，导致待测样品折射率的改变，进而影响待测样品的反射系数，反射系数的改变正比与载流子浓度。这种非平衡的载流子布局，经过一段时间后会重新弛豫到平衡态。通过另一路经过特定时间延迟的探测光束的反射率的变化，可以监测到该载流子的动力学行为。因此，本发明利用在有泵浦光束的情况下，待测样品对探测光束的反射率的变化，即差分反射信号，来反映载流子的动力学过程。载流子在产生以后，不仅会产生粒子数的变化，在时间上弛豫，在空间上也会产生由于浓度分布不均匀导致的扩散。本发明采取第一光斑激发，通过发散的探测光圈进行探测，能够监测到其空间传输。
在一些实施方式中，所述激发单元内对于所述飞秒激光的一路光束进行斩波得到所述的泵浦光束。所述斩波的工作频率为所述飞秒激光的脉冲重复频率的一半。
所述飞秒激光的脉冲重复频率为800～1200Hz。
所述延时时间为0.66fs～6ns。
本发明中聚焦光束聚焦成像形成的第一光斑为点光斑，探测光束聚焦成像形成的探测光圈为较大的圆形光圈，能够观察到激发的载流子的移动。
实施例1
本实施例提供了一种基于泵浦探测的成像光谱系统，如图1所示，包括光源组件、第一分束镜、激发单元、探测单元、合束镜、第二分束镜、信号参照单元和显像单元。
光源组件用于发出脉冲重复频率为1000Hz的飞秒激光，飞秒激光经过第一分束镜后分为两路光束，一路光束进入激发单元，另一路光束进入探测单元。飞秒激光的脉冲宽度为100×10-15s，光谱带宽为5～10nm，光谱范围为400～1000nm。
在激发单元内插入斩波装置，控制斩波装置的频率和相位，保证斩波器工作频率为飞秒激光脉冲重复频率的一半，且相位锁定，获得泵浦光束。泵浦光束依次经过合束镜与第二分束镜后得到聚焦光束与参考光束，聚焦光束射入显像单元内成像，参考光束进入信号参照单元，信号参照单元内设置第三透镜，参考光束进入第三透镜后入射至显像单元，判断信号的正负。
在探测单元设置电控位移台与第一透镜，电控位移台包括步进电机与中空角镜，步进电机用于驱动中空角镜移动，另一路光束经过中空角镜获得时间延迟的探测光束。其中，第一分束镜与中空角镜之间的光路上设置有一个反射镜，中空角镜与第一透镜之间的光路上设置有一个反射镜，飞秒激光的另一路光束经过两次反射，调整步进电机的步长为100nm，实现了最小0.66fs的时间延迟，并通过第一透镜实现预聚焦。
显像单元包括第三分束镜、显微物镜、样品台、滤光片、第二透镜与CMOS相机。其中，待测样品为硅，聚焦光束与探测光束通过显微物镜后聚焦于样品台上的待测样品表面，并在待测样品的表面反射，由原光路返回至第三分束镜，并反射至滤光片中，再通过第二透镜后入射至CMOS相机中成像。显微物镜起到聚焦光束的聚焦，以及反射回的探测光束的收集的作用。样品台为一个三维位移台，实现待测样品的位置移动与聚焦。滤光片用于滤除聚焦光束内的反射光。第二透镜为长焦透镜，结合显微物镜实现探测光束的成像。CMOS相机中使用100X镜头，在相机上单个像素对应23nm的空间距离。CMOS相机在部分区域对参考光束感光，以判断信号的正负。
采用本实施例进行检测成像实验时，将飞秒激光分为两路光束，飞秒激光的一路光束经过斩波获得脉冲重复频率为500Hz的泵浦光束，再将泵浦光束分束为聚焦光束与参考光束，如图2A和图2B所示(图2A为理想状态下聚焦光束、参考光束与探测光束的成像(图中标尺为1微米)；图2B为实际情况下聚焦光束、参考光束与探测光束的成像；图2B中为将滤光片移除后进行拍摄得到聚焦光束照射在待测样品上的成像)，聚焦光束照射在待测样品上形成第一光斑，并实现带内激发产生载流子，参考光束形成第二光斑，以判断泵浦光束信号的正负，当第二光斑强度为正值时，表示有聚焦光束激发待测样品，载流子浓度为正；第二光斑强度为0时，代表没有聚焦光束激发待测样品，载流子浓度为0。
飞秒激光的另一路光束经过探测单元，通过调节光学延迟线的延迟时间，获得具有不同延迟时间的探测光束，探测光束照射在第一光斑上形成探测光圈，通过连续两帧的探测光圈的反射率差值进行载流子的产生、传输及耗散过程的监测。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种基于泵浦探测的成像光谱系统，其特征在于，所述的基于泵浦探测的成像光谱系统包括光源组件、第一分束镜、激发单元、探测单元、合束镜、第二分束镜、信号参照单元与显像单元；
所述的光源组件用于发出飞秒激光，所述飞秒激光经过所述第一分束镜后分为两路光束；
一路光束进入所述激发单元内形成泵浦光束，所述泵浦光束依次经过所述合束镜与第二分束镜后分束得到聚焦光束与参考光束，所述聚焦光束射入所述显像单元内激发待测样品，所述参考光束经过所述信号参照单元后进入所述显像单元内，所述显像单元对所述参考光束感光，判断信号的正负；
另一路光束进入探测单元内形成具有时间延迟性的探测光束，所述探测光束经过所述合束镜入射至所述显像单元内探测待测样品并成像。
2.根据权利要求1所述的基于泵浦探测的成像光谱系统，其特征在于，所述的激发单元包括斩波装置，所述的斩波装置用于将所述飞秒激光的一路光束切光得到所述泵浦光束；
所述斩波装置的工作频率为所述飞秒激光的脉冲重复频率的一半；
优选地，所述的光源组件包括激光器；
优选地，所述飞秒激光的脉冲宽度为100×10-15s，所述飞秒激光的光谱带宽为5～10nm，所述飞秒激光的光谱范围为400～1000nm。
3.根据权利要求1或2所述的基于泵浦探测的成像光谱系统，其特征在于，所述探测单元包括依次设置的电控位移台与第一透镜；
所述的电控位移台用于输出时间延迟的所述探测光束，所述探测光束通过所述第一透镜后预聚焦后射入至所述合束镜中。
4.根据权利要求3所述的基于泵浦探测的成像光谱系统，其特征在于，所述的电控位移台包括驱动装置与中空角镜，所述驱动装置用于驱动中空角镜移动，所述的中空角镜用于实现激光回射；
优选地，所述第一分束镜与所述中空角镜之间的光路上设置有至少一个反射镜，所述中空角镜与所述第一透镜之间的光路上设置有至少一个反射镜，所述飞秒激光的另一路光束经过至少两次反射得到所述探测光束；
优选地，所述驱动装置为步进电机，所述步进电机的步长≥100nm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于泵浦探测的成像光谱系统，其特征在于，所述的显像单元包括第三分束镜、显微物镜、样品台、滤光片、第二透镜与CMOS相机；
所述显微物镜用于将聚焦光束和探测光束入射至所述样品台上的待测样品上，所述探测光束在待测样品的表面反射，由原光路返回至所述第三分束镜，并反射至所述滤光片中，再通过所述第二透镜后入射至所述CMOS相机中成像。
6.根据权利要求5所述的基于泵浦探测的成像光谱系统，其特征在于，所述CMOS相机的空间分辨能力为20～23nm；
优选地，所述CMOS相机的帧频与所述飞秒激光的重复频率相同。
7.根据权利要求5所述的基于泵浦探测的成像光谱系统，其特征在于，所述的信号参照单元包括第三透镜，所述参考光束经过所述第三透镜后入射至所述CMOS相机中成像。
8.一种检测成像方法，其特征在于，所述的检测成像方法采用权利要求1-7任一项所述的基于泵浦探测的成像光谱系统，所述的检测成像方法包括：
将飞秒激光分为两路光束；
一路光束经过激发单元获得泵浦光束，将所述泵浦光束分为聚焦光束与参考光束，所述聚焦光束照射在待测样品上形成第一光斑，并实现带内激发，所述参考光束形成第二光斑，以判断信号的正负；
另一路光束经过探测单元，通过调节光学延迟线的延迟时间，获得具有不同延迟时间的探测光束，所述探测光束照射在所述第一光斑上形成探测光圈，通过连续两帧的探测光圈的反射率差值，进行电荷载体的可视化探测。
9.根据权利要求8所述的检测成像方法，其特征在于，所述激发单元内对于所述飞秒激光的一路光束进行斩波得到所述的泵浦光束；
优选地，所述斩波的工作频率为所述飞秒激光的脉冲重复频率的一半；
优选地，所述飞秒激光的脉冲重复频率为800～1200Hz；
优选地，所述延时时间为0.66fs～6ns。
10.一种权利要求1-7任一项所述的基于泵浦探测的成像光谱系统的应用，其特征在于，所述的基于泵浦探测的成像光谱系统应用于载流子、离子、激子、声子极化基元、激子极化基元或等离基元的可视化探测。
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