在传统的TDTR中，泵浦光束和探测光束是两个同步脉冲序列，并且测量数据作为延迟时间的函数被记录在时域中。这种方法被称为同
步采样，数据采集的速度通常受到延迟阶段的行进速度以及系统在每个新的延迟时间内达到平衡状态所需时间的限制(通常需要1 s来采
集一个数据点)。异步光学采样(ASOPS)可以实现更快的数据采集，它使用两种不同的锁模激光器，脉冲重复率略有不同。这自动提供
了两个脉冲之间的时变延迟。
图1(a)说明了ASOPS中信号检测的原理。顶部所示的曲线表示响应泵输入的样品表面温度，其重复率为fpump，周期为1/fpump。由
点表示的每个连续探测脉冲相对于泵脉冲延迟时间δt =δf/(fpump-fprobe)，其中δf = fpump–fprobe，也称为拍频。在信号的一个
完整周期内采样的总点数为N = f probe/δf。更重要的是，这个采样过程在t = 1/δf的周期内自动重复。因此，ASOPS技术是电子示
波器的光学模拟。例如，给定fpump= 80 MHz和频率偏移δf = 1 KHz，ASOPS将实现δt = 0.16 ps的延迟时间增量，完成一次全周
期扫描的测量时间仅为1 ms，这意味着ASOPS仪器可以在1 s内获得1000次采集。这种快速数据采集允许ASOPS对多次重复测量进行
平均，将检测噪声显著降低到非常低的水平。请注意，ASOPS最终实现的时间分辨率不仅取决于延迟时间增量，还取决于脉冲持续时
间和检测带宽。然而，1 ps的时间分辨率对于TDTR实验来说已经足够了，而据报道，对于ASOPS技术来说，时间分辨率小到50 fs。
图1. (a)ASOPS中的信号检测机制(b)一个基于ASOPS的TDTR系统示意图
与传统的基于机械延迟的泵-探针系统相比，ASOPS显然具有许多优势:(1) ASOPS能够实现更快的数据采集。因此，通过对短时间内采
集的大量数据求平均值，可以显著降低噪声水平。(2) ASOPS消除了由于光束指向不稳定和光斑尺寸变化引起的机械延迟阶段和相关的
系统误差。(3) ASOPS可以访问整个延迟范围，而在传统的泵探针计量中，延迟时间受到延迟阶段长度的限制。诚然，ASOPS的所有
优势都是以需要两个超快激光器而不是一个为代价的。
ASOPS通常不需要对泵浦光束进行幅度调制来进行数据采集，而传统的泵浦探测系统通常需要对泵浦光束进行调制来进行锁定检测。
然而，在不调制泵浦光束的情况下，在典型的ASOPS实验中获得的信号仅由激光重复频率倍数的频率响应组成(例如，frep、2frep
等)。但缺少调制频率的频率分量(例如，fmod、fmod+frep、fmod+2frep等)。由于激光重复频率通常是一个固定值，并且远大于调
制频率frep≫ fmod，因此如果没有调制，ASOPS在热测量中的功能将受到极大的损害。为了克服这个问题，迪尔海尔提出了一种高通
量时域热反射(HT-TDTR)技术，该技术将ASOPS与泵浦光束的高频调制相结合，能够快速准确地测量热特性。图1(b)显示了基于
ASOPS的TDTR系统的示意图。在这个系统中，泵浦光束被EOM调制到频率ω0 = 2πfmod。光电二极管检测器探测到的信号可以表示
为
锁相放大器同相和异相输出的表达式为
这里，ωs = 2πfpump，δω= 2ωδf，t0表示等效延迟时间。与传统TDTR方程中的信号相比，唯一的区别在于指数项，用ASOPS-
TDTR中的δωt0代替了传统TDTR中的ωst’d。因此，ASOPS-TDTR中锁定放大器的输出信号随周期1/δf而时变。ASOPS-TDTR中检
测到的信号不像传统TDTR中的信号那样是纯正弦信号，而是以调制频率为中心，在频域中具有δf的边带。通常需要δf = 1 Hz的小拍
频，以便可以为锁定放大器选择30 μs的时间常数，以避免信号混叠。然后用示波器记录作为扫描时间或实验室时间t的函数的信号。由
于示波器记录的时间与等效延迟时间t’d相比已经被拉伸了因子fpump/δf[见图1(a)]，因此需要校正记录的时间，以便将记录的信号
与模型预测进行比较。ASOPS-TDTR和传统的TDTR应该产生与延迟时间完全相同的信号，只是数据采集方式不同。这种ASOPS-
TDTR技术的数据采集速度快了10倍，并且没有与移动延迟阶段相关的伪影，已经成功地应用于多项研究，例如铁硅锗薄膜合金的高速
热导率绘图。尽管如此，纯ASOPS系统没有泵浦调制也被用来测量不同厚度(15-50 nm)的硅锗超晶格的热导率。
ASOPS的另一个重要特性是探测速率可以比泵浦速率慢很多倍，fpump = nf probe+δf，其中n是整数。这使得能够以慢得多的采集
速率对超快现象进行采样。例如，Pradere等人使用这种技术，使用红外相机以仅25 Hz的采集速率对30 KHz的热波进行采样。
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