The time-domain thermoreflectance (TDTR) technique has been widely used to measure thermal properties. The design and interpretation of the TDTR experiment rely on an in-depth understanding of the thermoreflectance signature for a given metal thermal transducer. Although the TDTR signals of several metal thermal transducers have been experimentally investigated, a practical framework bridging the electronic properties and the thermoreflectance characteristics of metal thermal transducers will be helpful for future studies. Compiling published results and our analysis and tests, in this work, we show a theoretical strategy to determine the thermallyinduced change of reflectance spectra with the electronic properties of metal transducers as the input. As a natural consequence of the proposed framework, we show that the optimal probe photon energy occurs near the interband transition threshold of the metal. To validate our approach, TDTR experiments are performed with Au and Cu as two representative metal thermal transducers in two temporal regimes when electrons and lattices have different temperatures ( 10 ps), respectively. The experimental results show good agreement with the theory. The work fundamentally elucidates the thermally induced optical response of metal thermal transducers and also provides practical guidelines for choosing the appropriate probe photon energy to optimize the TDTR signal for a given metal thermal transducer, which is useful for broadening the adaptability of TDTR to various experimental conditions, materials, and new laser sources.

中文翻译：

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用于分析具有光谱可调时域热反射率的金属热传感器的热反射率光谱的框架

时域热反射 (TDTR) 技术已广泛用于测量热性能。TDTR 实验的设计和解释依赖于对给定金属热传感器的热反射特征的深入了解。尽管已经对几种金属热换能器的 TDTR 信号进行了实验研究，但将金属热换能器的电子特性和热反射特性联系起来的实用框架将有助于未来的研究。编译已发表的结果以及我们的分析和测试，在这项工作中，我们展示了一种理论策略，以确定以金属换能器的电子特性作为输入的反射光谱的热诱导变化。作为拟议框架的自然结果，我们表明最佳探测光子能量发生在金属的带间跃迁阈值附近。为了验证我们的方法，当电子和晶格分别具有不同的温度 (10 ps) 时，使用 Au 和 Cu 作为两种代表性金属热换能器在两个时间范围内进行 TDTR 实验。实验结果与理论吻合较好。该工作从根本上阐明了金属热传感器的热致光学响应，并为选择合适的探针光子能量以优化给定金属热传感器的 TDTR 信号提供了实用指南，这有助于拓宽 TDTR 对各种实验条件的适应性、材料和新的激光源。当电子和晶格分别具有不同的温度 (10 ps) 时，TDTR 实验是使用 Au 和 Cu 作为两种代表性金属热换能器在两个时间范围内进行的。实验结果与理论吻合较好。该工作从根本上阐明了金属热传感器的热致光学响应，并为选择合适的探针光子能量以优化给定金属热传感器的 TDTR 信号提供了实用指南，这有助于拓宽 TDTR 对各种实验条件的适应性、材料和新的激光源。当电子和晶格分别具有不同的温度 (10 ps) 时，TDTR 实验是使用 Au 和 Cu 作为两种代表性金属热换能器在两个时间范围内进行的。实验结果与理论吻合较好。该工作从根本上阐明了金属热传感器的热致光学响应，并为选择合适的探针光子能量以优化给定金属热传感器的 TDTR 信号提供了实用指南，这有助于拓宽 TDTR 对各种实验条件的适应性、材料和新的激光源。实验结果与理论吻合较好。这项工作从根本上阐明了金属热传感器的热致光学响应，并为选择合适的探针光子能量以优化给定金属热传感器的 TDTR 信号提供了实用指南，这有助于拓宽 TDTR 对各种实验条件的适应性、材料和新的激光源。实验结果与理论吻合较好。该工作从根本上阐明了金属热传感器的热致光学响应，并为选择合适的探针光子能量以优化给定金属热传感器的 TDTR 信号提供了实用指南，这有助于拓宽 TDTR 对各种实验条件的适应性、材料和新的激光源。